特許 7441674 ロボットアーム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-21

(45)【発行日】2024-03-01

(54)【発明の名称】ロボットアーム

(51)【国際特許分類】

   B25J 18/00 20060101AFI20240222BHJP

【ＦＩ】

B25J18/00

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020028516

(22)【出願日】2020-02-21

(65)【公開番号】P2021133427

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2023-02-03

(73)【特許権者】

【識別番号】391006083

【氏名又は名称】三光合成株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095740

【弁理士】

【氏名又は名称】開口 宗昭

(72)【発明者】

【氏名】安田 満雄

(72)【発明者】

【氏名】小西 勉

【審査官】臼井 卓巳

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１４０９７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０２－０８０２２７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０６－０９４０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５３－０７４６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５３－０７７９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６１－１１２１１３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】国際公開第２０１５／０５６３０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１１－０６３３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６３－１５２０９１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭６０－１１８４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０１５１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００９１０２９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １８／００

Ｆ１６Ｂ ２／１４－１１／００

Ｆ１６Ｃ ３／０２

Ｆ１６Ｄ １／００－ ３／００

Ｆ１６Ｌ ２３／０２－４７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＦＲＰ製円筒体の端部に装着される金属製継ぎ手であり、相互にネジで締結されて分離可能な一対の金属製フランジとＦＲＰ製筒体との接合部の前記ＦＲＰ製筒体の内側に、前記ＦＲＰ製筒体と圧縮弾性率が同等以上である金属製リングを装着し、前記一対の金属製フランジで前記ＦＲＰ製筒体の外周を締め付けて、前記ＦＲＰ製筒体と前記一対の金属製フランジとが接合されてなり、前記ＦＲＰ製筒体と前記金属製フランジと前記金属製リングとが貫通ネジで締結されることを特徴とするロボットアーム。

【請求項2】

前記分離可能な一対の金属製フランジの各々が一の円を２分割した内側周縁を有する請求項１に記載のロボットアーム。

【請求項3】

前記金属製リングの常温における外径が前記ＦＲＰ製筒体の内径より大である請求項１又は請求項２に記載のロボットアーム。

【請求項4】

前記金属製リングが冷却して装着されてなる請求項３に記載のロボットアーム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチックス）製の筒体を金属製フランジと接合してなるロボットアームに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に例えばレーザー加工等に用いる工業用ロボットは１／１００ｍｍ程度の先端精度が必要であり、そのためには高い剛性が必要であった。これに対して近年、少子高齢化の進展と共に人間の間で、人間と共にあるいは人間を補助して動作する工業用ロボットの必要性が高まって来ている。この様な工業用ロボットには従来の工業用ロボットの様な高い剛性は必要ではなくむしろ省エネルギーの観点や地球環境保全の観点等から、軽量化が強く望まれている。その一つの手段としてロボットアームの本体部分をＦＲＰ製筒体に代替させることが検討されてきた。その際、使用する強化繊維にも種々あり、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等が検討されているが、この中で特に、比強度、比弾性率の面で優れた炭素繊維を強化繊維とするＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチックス）が有力とされている。

【0003】

この本体部分をＦＲＰ製筒体としてなるロボットアームは本体部分に機能部分を装着して各種機能を果たすことが可能となるようにする必要がある。このＦＲＰ製筒体からなる本体部分への機能部分の装着には、ＦＲＰ製筒体の捩り強度とバランスが採れた接合法が必要とされている。

【0004】

特許文献１にはＦＲＰ製円筒体の端部に金属製の継ぎ手が圧入される機械装置部品において、必要とされる高い捩り強度を確保しつつ、金属製継ぎ手の圧入接合操作に伴うＦＲＰ製円筒体端部からの損傷の発生を防止し、かつ、その部分の劣化進行も防止し得る構造を提供することを課題としてＦＲＰ製円筒体と、該ＦＲＰ製円筒体の端部に圧入された金属製継ぎ手との機械装置部品であって、ＦＲＰ製円筒体の端面から軸方向にスリット加工が施されていることを特徴とする機械装置部品が開示された。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００６－１０３０３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし特許文献１に開示された機械装置部品はＦＲＰ製円筒体の端部に金属製継ぎ手と一体な凸起リングを圧入してなるものであり、十分な接合強度が得られないという問題がある。また十分な接合強度を得るためにはＦＲＰ製円筒体に圧入される凸起リングの長さを大きくする必要がありその場合には金属製継ぎ手全体の重量が過大になり十分に軽量化できないという問題もある。
本発明は以上の従来技術における問題点に鑑み、必要とされる高い捩り強度を確保しつつ、本体部分をＦＲＰ製筒体としてなるロボットアームの本体部分に機能部分を装着して充分に軽量でしかも人間の間で、人間と共にあるいは人間を補助して動作するロボットアームとして安全性が高いロボットアームを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

すなわち本発明に係るロボットアームは、ＦＲＰ製筒体と金属製フランジとの接合部の前記ＦＲＰ製筒体内側に、前記ＦＲＰ製筒体と圧縮弾性率が同等以上である金属製リングを装着し、金属製フランジで前記ＦＲＰ製筒体外周を締め付けて、前記ＦＲＰ製筒体と前記金属製フランジとが接合されてなることを特徴とする。
このように金属製フランジをＦＲＰ製筒体外周部で締結すると、金属製フランジのＦＲＰ製筒体軸方向の長さを小さくすることができ、軽量化することができる。

【0008】

前記金属製フランジと前記ＦＲＰ製筒体間に接着材を塗布して金属製フランジをＦＲＰ製筒体外周部で締結することによって相互の締結力を強化することができる。

【0009】

前記金属製リングの常温における外径が前記ＦＲＰ製筒体内径より大であるようにすることによりＦＲＰ製筒体外周方向に作用する応力大きくすることができ結果としてＦＲＰ製筒体と金属製フランジとの締結力が大きくなる。

【0010】

さらに前記金属製リングが冷却して装着されてなる様にすることによって大きな圧力で機械的に圧入する場合のようなＦＲＰ製筒体の損傷を防ぐことができる。

【0011】

前記ＦＲＰ製筒体と前記金属製フランジと前記金属製リングとが貫通ネジで締結されることにより捩り強度を大きくすることができる。

【0012】

ＦＲＰ製筒体としては、とくに強化繊維が少なくとも比強度、比弾性率に優れた炭素繊維を含むものであることが、高い強度や捩りトルク伝達特性発現の点から好ましい。

【発明の効果】

【0013】

本発明のロボットアームによれば、必要とされる高い捩り強度を確保しつつ、充分に軽量でしかも人間の間で、人間と共にあるいは人間を補助して動作する機械装置として安全性が高いロボットアームとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施の形態のロボットアームの斜視図である。

【図2】図１のロボットアームの部分断面図である。

【図3】図２の部分断面図におけるＡ－Ａ断面図である。

【図4】図１のロボットアームの部分分解斜視図である。

【図5】図１のロボットアームの他の部分分解斜視図である。

【図6】図１のロボットアームの別の部分分解斜視図である。

【図7】図１のロボットアームのさらに別の部分分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施の形態のロボットアーム１を示す。
ロボットアーム１はＦＲＰ製筒体の一態様であるＦＲＰ製円筒体２にアルミ合金よりなる相互にネジで締結されて分離可能な一対の金属製フランジ３ａ、３ｂを装着して成る。この分離可能な一対の金属製フランジの各々は一の円を２分割した内側周縁を有する。この金属製フランジ３ａ、３ｂは例えば図示しない動作部、把持部、関節部等との継ぎ手として機能する。

【0016】

図２～図７に示されるようにＦＲＰ製円筒体２と金属製フランジ３ａ、３ｂとの接合部のＦＲＰ製円筒体２内側には、ＦＲＰ製円筒体２と圧縮弾性率が同等以上である金属製リング４が装着される。その状態で金属製フランジ３ａ、３ｂでＦＲＰ製円筒体２外周を締め付ける。これによって、ＦＲＰ製円筒体２の側壁が金属製フランジ３ａ、３ｂと金属製リング４との間に挟持される態様でＦＲＰ製円筒体２と金属製フランジ３ａ、３ｂとが接合される。その際、予め金属製フランジ３ａ、３ｂとＦＲＰ製円筒体２外周間に市販の接着材を介在させて金属製フランジ３ａ、３ｂによってＦＲＰ製円筒体２外周部を締め付けて締結することによって相互の締結力を強化することができる。接着材を介在させる態様としては流動性のある接着剤を塗布する、あるいはシート状の接着剤を配置するなどが可能である。
このように金属製フランジ３ａ、３ｂをＦＲＰ製円筒体２外周部で締結すると、従来の特許文献１に示すＦＲＰ製円筒体２の端部に金属製継ぎ手と一体な凸起リングを圧入する接合態様に比し、金属製フランジ３ａ、３ｂのＦＲＰ製円筒体２軸方向の長さを小さくすることができ、軽量化することができる。

【0017】

金属製リング４の常温における外径はＦＲＰ製円筒体２内径より大であるようにする。これにより金属製リング４からＦＲＰ製円筒体２外周方向に作用する応力を大きくすることができ、結果としてＦＲＰ製円筒体２と金属製フランジ３ａ、３ｂとの締結力が大きくなる。

【0018】

また金属製リング４の常温における外径をＦＲＰ製円筒体２内径より大であるようにしても金属製リング４を冷却してＦＲＰ製円筒体２内側に装着する様にすることによって大きな圧力で機械的に圧入する場合に生じるＦＲＰ製円筒体２の損傷を防ぐことができる。

【0019】

ＦＲＰ製円筒体２と金属製フランジ３ａ、３ｂと記金属製リング４とは貫通ネジ５、５・・・で締結される。これにより捩り強度を大きくすることができる。

【0020】

ＦＲＰ製円筒体２としては、とくに強化繊維が少なくとも比強度、比弾性率に優れた炭素繊維を含むものであることが、高い強度や捩りトルク伝達特性発現の点から好ましい。

【0021】

なお以上の実施の形態ではＦＲＰ製円筒体２を用いる場合を説明したが、ＦＲＰ製筒体は円筒体に限られず実施の態様によって楕円筒体、角筒の角頂部を面取りする態様等を採用することができる。

【符号の説明】

【0022】

１・・・ロボットアーム、２・・・ＦＲＰ製円筒体、３ａ、３ｂ・・・金属製フランジ、４・・・金属製リング。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】