(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】2024-08-09
(45)【発行日】2024-08-20
(54)【発明の名称】リンク機構
(51)【国際特許分類】
B25J 19/00 20060101AFI20240813BHJP
H02J 50/10 20160101ALI20240813BHJP
【ＦＩ】
B25J19/00 F
H02J50/10
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2020162209
(22)【出願日】2020-09-28
(65)【公開番号】P2022054929
(43)【公開日】2022-04-07
【審査請求日】2023-07-19
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２年度、支出負担行為担当官、総務省大臣官房会計課企画官、研究テーマ「ミリ波帯におけるロボット等のワイヤフリー化に向けた無線制御技術の研究開発」に関する委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【識別番号】393031586
【氏名又は名称】株式会社国際電気通信基礎技術研究所
(74)【代理人】
【識別番号】100115749
【弁理士】
【氏名又は名称】谷川 英和
(74)【代理人】
【識別番号】100121223
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 悟道
(72)【発明者】
【氏名】芹澤 和伸
(72)【発明者】
【氏名】清水 聡
(72)【発明者】
【氏名】佐久間 和司
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 義規
【審査官】稲垣 浩司
(56)【参考文献】
【文献】特開２００９－２００７５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－３６２８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－６４００２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２５Ｊ １／００ － ２１／０２
Ｈ０２Ｊ ５０／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１のリンクと、前記第１のリンクに関節によって連結された第２のリンクと、
前記第１のリンクにおける前記第２のリンクとの連結箇所に着脱可能に取り付けられる送電側ボビンと、
前記送電側ボビンに巻線が巻回された送電コイルと、
前記第２のリンクにおける前記第１のリンクとの連結箇所に着脱可能に取り付けられる受電側ボビンと、
前記受電側ボビンに巻線が巻回された受電コイルと、を備え、
前記送電側ボビンは、
外周側に巻線が巻回される筒状部と、
当該筒状部の軸方向における両端にそれぞれ設けられた円筒形状のフランジ部と、を有しており、
前記第１のリンクは、前記送電側ボビンの一方のフランジ部が着脱可能に取り付けられる円柱形状の凹部が設けられている取付部を有しており、
前記受電側ボビンは、
外周側に巻線が巻回される筒状部と、
当該筒状部の軸方向における両端にそれぞれ設けられた円筒形状のフランジ部と、を有しており、
前記第２のリンクは、前記受電側ボビンの一方のフランジ部が着脱可能に取り付けられる円柱形状の凹部が設けられている取付部を有しており、
前記送電コイルから前記受電コイルに、非接触電力伝送で電力が伝送される、リンク機構。
【請求項2】
前記送電側ボビン及び前記受電側ボビンがそれぞれ前記第１及び第２のリンクに取り付けられた際に、前記送電コイル及び前記受電コイルは、前記関節の軸方向において対面する配置となっている、請求項１記載のリンク機構。
【請求項3】
前記送電側ボビン及び前記受電側ボビンがそれぞれ前記第１及び第２のリンクに取り付けられた際に、前記送電コイル及び前記受電コイルは、一方のコイルの外周側に他方のコイルが位置する配置となっている、請求項１記載のリンク機構。
【請求項4】
第１のリンクと、
前記第１のリンクに関節によって連結された第２のリンクと、
前記第１のリンクにおける前記第２のリンクとの連結箇所に着脱可能に取り付けられる送電側ボビンと、
前記送電側ボビンに巻線が巻回された送電コイルと、
前記第２のリンクにおける前記第１のリンクとの連結箇所に着脱可能に取り付けられる受電側ボビンと、
前記受電側ボビンに巻線が巻回された受電コイルと、を備え、
前記送電側ボビン及び前記受電側ボビンはそれぞれ、外周側に巻線が巻回される筒状部を有しており、
前記筒状部の外周面には、当該筒状部の軸方向に延びる溝が設けられており、
前記送電コイル及び前記受電コイルの巻線の少なくとも一端は、前記溝を介して引き出され、
前記送電コイルから前記受電コイルに、非接触電力伝送で電力が伝送される、リンク機構。
【請求項5】
前記筒状部の外周面には、複数の前記溝が設けられている、請求項４記載のリンク機構。
【請求項6】
前記筒状部の外周面と内周面との間に、軸方向に延びる貫通孔が設けられており、前記送電コイル及び前記受電コイルの巻線の少なくとも一端は、当該貫通孔を介して引き出される、請求項４または請求項５記載のリンク機構。
【請求項7】
前記筒状部において前記溝の内周側に前記貫通孔がそれぞれ設けられている、請求項６記載のリンク機構。
【請求項8】
第１のリンクと、
前記第１のリンクに関節によって連結された第２のリンクと、
前記第１のリンクにおける前記第２のリンクとの連結箇所に着脱可能に取り付けられる送電側ボビンと、
前記送電側ボビンに巻線が巻回された送電コイルと、
前記第２のリンクにおける前記第１のリンクとの連結箇所に着脱可能に取り付けられる受電側ボビンと、
前記受電側ボビンに巻線が巻回された受電コイルと、を備え、
前記送電側ボビンにおける軸方向の一端側の端面と、当該端面に対向する前記第１のリンクの面との一方には、前記関節の回転軸と同軸になるように送電側の環状電極が設けられており、他方には前記送電側ボビンが前記第１のリンクに取り付けられた場合に、前記送電側の環状電極に接触する電極が設けられており、
前記受電側ボビンにおける軸方向の一端側の端面と、当該端面に対向する前記第２のリンクの面との一方には、前記関節の回転軸と同軸になるように受電側の環状電極が設けられており、他方には前記受電側ボビンが前記第２のリンクに取り付けられた場合に、当該受電側の環状電極に接触する電極が設けられており、
前記送電コイルから前記受電コイルに、非接触電力伝送で電力が伝送される、リンク機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、関節部分において非接触電力伝送を行うリンク機構に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、省力化のためにロボットアームを使用することが多くなっている。ロボットアームはモータやセンサを内蔵しているため、モータに電力を供給するための配線、モータを制御するための配線、センサからの情報を伝送するための配線などが用いられており、配線が極めて多い。また、ロボットアームには可動する部分があるため、度重なる屈曲による断線事故や、線噛みによる断線事故が多くなる。
【0003】
また、配線は実装スペースを圧迫すると共に、可動範囲を限定する要因にもなる。さらに、ロボットアームを製造する際に、配線ミスが発生する可能性もある。このように、ロボットアームの設計、製造、保守の面で、配線は様々なトラブルの原因になりうる。このようなトラブルを解消するため、ロボットアームなどの可動部分を含むリンク機構において、配線を無線化することが求められている。
【0004】
例えば、特許文献１では、一対のコイルを介してロボットアームの関節部分において、無線で電力伝送を行っている。そのような電力伝送を行うことによって、配線を減らすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１９－１７６６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
非接触電力伝送で用いるコイルは、伝送する電力の大きさに応じて、好適な巻き数などが変化する。しかしながら、特許文献１に記載されたロボットアームでは、関節部分に電力伝送用のコイルが組み込まれているため、そのコイルを変更するのが容易ではないという問題があった。
【0007】
一般的に言えば、複数のリンクが関節によって連結されたリンク機構における関節部分での非接触電力伝送において、コイルの変更をより容易にしたいという要望があった。
【0008】
本発明は、上記状況に応じてなされたものであり、関節部分における非接触電力伝送に用いられるコイルを容易に変更することができるリンク機構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】
上記目的を達成するため、本発明の一態様によるリンク機構は、第１のリンクと、第１のリンクに関節によって連結された第２のリンクと、第１のリンクにおける第２のリンクとの連結箇所に着脱可能に取り付けられる送電側ボビンと、送電側ボビンに巻線が巻回された送電コイルと、第２のリンクにおける第１のリンクとの連結箇所に着脱可能に取り付けられる受電側ボビンと、受電側ボビンに巻線が巻回された受電コイルと、を備え、送電コイルから受電コイルに、非接触電力伝送で電力が伝送される、ものである。
【0010】
このような構成により、送電側ボビン及び受電側ボビンが着脱可能になっているため、送電コイルや受電コイルを容易に交換することができる。そのため、例えば、用途や負荷に応じて、非接触電力伝送における効率が最適となるコイルを使用することができる。また、関節部分に設けられたコイルのボビンは、機械的な摩耗等が避けられないが、着脱可能とすることによって、メンテナンスが容易になるというメリットもある。
【0011】
また、本発明の一態様によるリンク機構では、送電側ボビン及び受電側ボビンがそれぞれ第１及び第２のリンクに取り付けられた際に、送電コイル及び受電コイルは、関節の軸方向において対面する配置となっていてもよい。
【0012】
また、本発明の一態様によるリンク機構では、送電側ボビン及び受電側ボビンがそれぞれ第１及び第２のリンクに取り付けられた際に、送電コイル及び受電コイルは、一方のコイルの外周側に他方のコイルが位置する配置となっていてもよい。
【0013】
このような構成により、関節の軸方向において、送電コイル及び受電コイルをよりコンパクトに配置することができるようになる。
【0014】
また、本発明の一態様によるリンク機構では、送電側ボビン及び受電側ボビンはそれぞれ、外周側に巻線が巻回される筒状部を有しており、筒状部の外周面には、筒状部の軸方向に延びる溝が設けられており、送電コイル及び受電コイルの巻線の少なくとも一端は、溝を介して引き出されてもよい。
【0015】
このような構成により、溝を介してコイルの巻線を引き出すことができるため、送電コイル及び受電コイルにおいて、軸方向の一端側に巻線の両端が存在するようにすることができる。また、コイルの引き出し線を溝に配置することができるため、その引き出し線の位置がずれることを防止することもできる。
【0016】
また、本発明の一態様によるリンク機構では、筒状部の外周面には、複数の溝が設けられてもよい。
【0017】
このような構成により、例えば、コイルの両端の引き出し線をそれぞれ異なる溝に配置することによって、コイルの巻き数を整数以外にすることもでき、コイルの巻き数の自由度が高まることになる。
【0018】
また、本発明の一態様によるリンク機構では、筒状部の外周面と内周面との間に、軸方向に延びる貫通孔が設けられており、送電コイル及び受電コイルの巻線の少なくとも一端は、貫通孔を介して引き出されてもよい。
【0019】
このような構成により、例えば、溝及び貫通孔を介してコイルの巻線を引き出すことができるため、引き出し線の取り回しがより容易になるというメリットがある。
【0020】
また、本発明の一態様によるリンク機構では、筒状部において溝の内周側に貫通孔がそれぞれ設けられてもよい。
【0021】
このような構成により、例えば、溝を介してボビンの一端側に引き出された引き出し線を、貫通孔を介して他端側に引き出すことができる。
【0022】
また、本発明の一態様によるリンク機構では、送電側ボビンにおける軸方向の一端側の端面と、端面に対向する第１のリンクの面との一方には、関節の回転軸と同軸になるように送電側の環状電極が設けられており、他方には送電側ボビンが第１のリンクに取り付けられた場合に、送電側の環状電極に接触する電極が設けられており、受電側ボビンにおける軸方向の一端側の端面と、端面に対向する第２のリンクの面との一方には、関節の回転軸と同軸になるように受電側の環状電極が設けられており、他方には受電側ボビンが第２のリンクに取り付けられた場合に、受電側の環状電極に接触する電極が設けられてもよい。
【0023】
このような構成により、ボビンをリンクに取り付ける際に、ボビンの角度を考慮しなくてもよくなり、取り付ける際の作業性がよくなる。
【発明の効果】
【0024】
本発明の一態様によるリンク機構によれば、関節部分における非接触電力伝送に用いられるコイルを容易に変更することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本発明の実施の形態によるリンク機構の構成を示す模式図
【図2】同実施の形態によるリンク機構の関節部分を示す断面図
【図3A】同実施の形態における受電側ボビン及び取付部を示す斜視図
【図3B】同実施の形態における受電側ボビンの平面図
【図3C】同実施の形態における受電側ボビンの底面図
【図4A】同実施の形態における受電側ボビンに設けられた環状電極を示す図
【図4B】同実施の形態における取付部に設けられた電極を示す図
【図5】同実施の形態における他の一例の受電側ボビン及び取付部を示す斜視図
【図6】同実施の形態によるリンク機構の関節部分の他の一例を示す断面図
【図7】同実施の形態によるリンク機構の関節部分の他の一例を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、本発明によるリンク機構について、実施の形態を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素は同一または相当するものであり、再度の説明を省略することがある。本実施の形態によるリンク機構は、第１及び第２のリンクの関節部分に着脱可能な送電側ボビン及び受電側ボビンを有しており、その送電側ボビン及び受電側ボビンに巻線が巻回された送電コイル及び受電コイル間で、非接触電力伝送を行うものである。
【0027】
図１は、本実施の形態によるリンク機構１の構成を示す模式図である。図２は、リンク機構１の関節部分の構造を示す断面図である。なお、図２において、駆動手段１３の内部構造は省略している。図３Ａは、受電側ボビン２１、及び取付部２５を示す斜視図である。図３Ｂは、受電側ボビン２１の送電側ボビン１１と対向するフランジ部４２の端面を示す図である。図３Ｃは、受電側ボビン２１の第２のリンク２０側のフランジ部４３の端面を示す図である。なお、図３Ｃでは、環状電極５１、５２を取り外した状態のフランジ部４３を示している。図４Ａは、受電側ボビン２１における環状電極５１、５２の取り付けられたフランジ部４３を示す図である。図４Ｂは、受電側ボビン２１の装着時に環状電極５１、５２と接触する電極５３、５４を有する取付部２５を示す図である。
【0028】
本実施の形態によるリンク機構１は、第１のリンク１０と、第１のリンク１０に着脱可能に取り付けられる送電側ボビン１１と、送電側ボビン１１に巻線が巻回された送電コイル１２と、第１のリンク１０に関節によって連結された第２のリンク２０と、第２のリンク２０に着脱可能に取り付けられる受電側ボビン２１と、受電側ボビン２１に巻線が巻回された受電コイル２２と、ハンド部３０とを備える。
【0029】
なお、図１では、説明の便宜上、リンク機構１が、連結された２個のリンクを有する場合について説明するが、リンク機構１は、直列に連結された３個以上のリンクを有するものであってもよい。リンク機構１は、例えば、ロボットアームであってもよく、ロボットアーム以外であってもよい。後者の場合には、リンク機構１は、例えば、４足歩行ロボットの脚であってもよく、ヒューマノイドロボットの腕や脚であってもよく、クレーンなどのリンク機構であってもよい。なお、本実施の形態では、第１のリンク１０が基端側のリンクであり、第２のリンク２０が、第１のリンク１０の先端側に連結されたリンクであるとする。
【0030】
第１及び第２のリンク１０、２０は、例えば、直線状に延びた棒状の形状を有するものであってもよい。なお、第１及び第２のリンク１０、２０の長手方向の長さは、例えば、同じであってもよく、または、異なっていてもよい。また、第１のリンク１０の基端側は、例えば、他のリンクに接続されていてもよく、または、ベースなどに固定されていてもよい。
【0031】
第１のリンク１０は、駆動手段１３と、制御回路１４と、送電側ボビン１１が着脱可能に取り付けられる取付部１５と、関節の回転軸である軸部材１６と、リンク部材１８とを備える。第２のリンク２０は、駆動手段２３と、制御回路２４と、受電側ボビン２１が着脱可能に取り付けられる取付部２５と、ハンド部３０の回転軸である軸部材２６と、円筒カバー２７と、リンク部材２８とを備える。リンク部材１８、２８は、直線状に延びた形状を有しており、例えば、第１及び第２のリンク１０、２０の筐体であってもよい。
【0032】
送電側ボビン１１は、第１のリンク１０における第２のリンク２０との連結箇所に着脱可能に取り付けられる。本実施の形態では、送電側ボビン１１が、第１のリンク１０の取付部１５に着脱可能に取り付けられる場合について主に説明する。送電コイル１２は、非接触電力伝送で用いられる送電用のコイルである。
【0033】
受電側ボビン２１は、第２のリンク２０における第１のリンク１０との連結箇所に着脱可能に取り付けられる。本実施の形態では、受電側ボビン２１が、第２のリンク２０の取付部２５に着脱可能に取り付けられる場合について主に説明する。受電コイル２２は、非接触電力伝送で用いられる受電用のコイルである。
【0034】
送電側ボビン１１及び受電側ボビン２１がそれぞれ第１及び第２のリンク１０、２０に装着された際に、送電コイル１２及び受電コイル２２は、図１、図２で示されるように、関節の軸方向、すなわち軸部材１６の長手方向において、対面する配置となっていてもよい。送電コイル１２及び受電コイル２２は、例えば、中心軸が関節の軸と同軸になると共に、関節の軸方向において、所定の間隔だけ離れていてもよい。そのように送電コイル１２及び受電コイル２２が配置されることによって、送電コイル１２から受電コイル２２に、非接触電力伝送で電力が伝送されることになる。すなわち、送電コイル１２から送電された電力が、受電コイル２２で受電されることになる。
【0035】
なお、送電コイル１２と受電コイル２２との間で行われる非接触電力伝送の方式は問わない。その非接触電力伝送の方式は、例えば、電磁誘導方式や磁界共振方式などの磁界結合方式であってもよく、非接触電力伝送のその他の方式であってもよい。
【0036】
また、送電コイル１２と受電コイル２２との間で非接触電力伝送と共に、制御信号などの通信も行われてもよい。なお、この通信は、送電コイル１２から受電コイル２２に対して行われてもよく、または、その逆であってもよい。このように、関節部分において制御信号などの通信も非接触で行われることによって、制御信号等の伝送のための配線も不要となり、リンク機構１におけるさらなるワイヤレス化を実現することができる。
【0037】
駆動手段１３は、第１のリンク１０の基端側または先端側の関節を回転させる。本実施の形態では、駆動手段１３が、先端側の関節を回転させる場合について主に説明する。駆動手段１３は、例えば、モータ等であってもよい。なお、駆動手段１３は、軸部材１６を直接回転させてもよく、プーリやベルト、ギヤ、減速機などを介して回転させてもよい。
【0038】
制御回路１４は、駆動手段１３に電力を供給する。また、制御回路１４は、送電コイル１２から、先端側の第２のリンク２０に電力を送電する。具体的には、電力が送電コイル１２から第２のリンク２０の受電コイル２２に非接触で伝送される。制御回路１４は、駆動手段１３を駆動するための電力、及び第２のリンク２０に送電する電力を、例えば、ベースなどを介して商用電源から受け取ってもよく、または、第１のリンク１０の基端側に接続されている他のリンクから、非接触電力伝送によって受電してもよい。後者の場合には、制御回路１４は、非接触電力伝送によって受電した電力について、電圧や電流の調整を行って、駆動手段１３や送電コイル１２に供給してもよい。なお、制御回路１４は、例えば、受電した交流電力を一度、直流に変換してから、電圧や電流の調整を行ってもよい。また、例えば、駆動手段１３が直流モータである場合には、直流電力が駆動手段１３に送られてもよい。また、駆動手段１３がパルスモータや交流モータである場合には、制御回路１４は、直流電力を交流電力に変換して駆動手段１３に送ってもよい。
【0039】
軸部材１６は、関節の回転軸である。送電側ボビン１１及び受電側ボビン２１を交換可能にするため、軸部材１６は、例えば、第２のリンク２０、または駆動手段１３に対して着脱可能に取り付けられてもよい。
【0040】
軸部材１６は、例えば、磁性体の部材であってもよく、そうでなくてもよい。軸部材１６が磁性体の部材である場合には、送電側ボビン１１及び受電側ボビン２１がそれぞれ第１及び第２のリンク１０、２０に装着された際に、軸部材１６が送電コイル１２及び受電コイル２２の中心に位置することが好適である。磁性体である軸部材１６は、送電コイル１２から受電コイル２２に非接触電力伝送が行われる際に両コイルの結合を促進するコアとなる。なお、磁性体である軸部材１６は、例えば、鉄、コバルト、ニッケルなどの強磁性体であってもよく、それらの合金であってもよく、その他の磁性体であってもよい。コイルの結合を促進する観点からは、磁性体としてフェライトを用いることが好適である。一方、フェライトは強度が低いため、フェライトを樹脂で覆った棒状の部材を、軸部材１６として用いてもよい。フェライトを覆う樹脂は、高強度であることが好適である。強度の高い樹脂は特に限定されるものではないが、例えば、エンジニアリング・プラスチック、スーパーエンジニアリング・プラスチック等であってもよい。
【0041】
なお、第２のリンク２０の駆動手段２３、及び制御回路２４は、駆動手段２３が先端側のリンクではなく、ハンド部３０を回転させる以外は、第１のリンク１０の駆動手段１３、及び制御回路１４と同様のものであり、それらの説明を省略する。また、第２のリンク２０の先端側にも他のリンクが関節によって連結されている場合には、駆動手段２３によって先端側の関節が回転されてもよく、第２のリンク２０から先端側のリンクに非接触電力伝送が行われてもよい。
【0042】
次に、第１のリンク１０側の送電側ボビン１１、送電コイル１２、及び取付部１５、並びに第２のリンク２０側の受電側ボビン２１、受電コイル２２、及び取付部２５についてより詳細に説明する。なお、送電側ボビン１１、送電コイル１２、及び取付部１５と、受電側ボビン２１、受電コイル２２、及び取付部２５とは、実質的に同様のものであるため、ここでは、受電側ボビン２１、受電コイル２２、及び取付部２５について主に説明する。
【0043】
図３Ａで示されるように、受電側ボビン２１は、外周側に巻線２２ａが巻回される筒状部４１と、筒状部４１の軸方向における両端にそれぞれ設けられたフランジ部４２、４３とを有する。受電コイル２２は、例えば、巻線２２ａの整列巻きによって形成されてもよく、他の巻き方によって形成されてもよい。本実施の形態では、筒状部４１、及びフランジ部４２、４３が円筒形状である場合について主に説明する。受電側ボビン２１には、筒状部４１の軸方向に延びる中心貫通孔２１ａが設けられている。筒状部４１の軸方向とは、円筒形状である筒状部４１の中心軸の方向である。受電側ボビン２１が第２のリンク２０の取付部２５に装着された際に、軸部材１６が中心貫通孔２１ａを通ることになる。
【0044】
筒状部４１の外周面２１ｂには、筒状部４１の軸方向に延びる溝４４が複数設けられている。本実施の形態では、６個の溝４４が外周面２１ｂに均等な間隔で設けられている場合、すなわち筒状部４１の中心軸方向から見た際に中心軸を中心として溝４４が６０度ごとに設けられている場合について主に説明するが、溝４４の個数は、例えば、１個でもよく、または、２個以上の任意の個数であってもよい。例えば、８個の溝４４が、筒状部４１の中心軸を中心として４５度ごとに設けられていてもよい。また、外周面２１ｂに複数の溝４４が設けられている場合に、それらの間隔は均等であってもよく、または、そうでなくてもよい。溝４４は、例えば、半円柱形状であってもよく、その他の形状であってもよい。溝４４の両端はそれぞれ、フランジ部４２の孔４６、及びフランジ部４３の孔４７に繋がっている。したがって、受電側ボビン２１の軸方向の一端側の端面から、他端側の端面までが、溝４４、及び溝４４の両端の孔４６、４７を介して繋がることになる。受電コイル２２の巻線２２ａの少なくとも一端は、溝４４を介して引き出されてもよい。図３Ａでは、受電コイル２２の一端側の引き出し線２２ｂが、溝４４及び孔４６を介してフランジ部４２側の端面に引き出され、他端側の引き出し線２２ｃが、溝４４の端部及び孔４７を介してフランジ部４３側の端面に引き出される場合について示している。
【0045】
筒状部４１の外周面２１ｂと内周面２１ｃとの間には、筒状部４１の軸方向に延びる貫通孔４５が設けられていてもよい。すなわち、貫通孔４５が、筒状部４１の側壁内（筒壁内）に設けられていてもよい。その貫通孔４５の両端は、受電側ボビン２１の軸方向の両端面、すなわちフランジ部４２、４３の端面に開口していてもよい。また、図３Ｂ、図３Ｃで示されるように、貫通孔４５は、それぞれ溝４４と同数設けられており、筒状部４１において、溝４４の内周側に貫通孔４５がそれぞれ設けられていてもよい。このように、溝４４、及びその両端側の孔４６、４７と、溝４４の内周側の貫通孔４５とを用いて、例えば、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃで示されるように、溝４４を介してフランジ部４２側にガイドされた引き出し線２２ｂを、その溝４４の内周側の貫通孔４５を介してフランジ部４３側に引き出すことができ、受電コイル２２の巻線２２ａの両端を、受電側ボビン２１の一端側にまとめることができる。また、溝４４が存在することによって、筒状部４１の外周面２１ｂにおいて、軸方向の全体にわたって巻線２２ａを巻回しなくてもよいことになる。すなわち、筒状部４１の外周面２１ｂにおいて巻線２２ａを任意の回数だけ巻回し、その後に溝４４を介して巻線２２ａの端部を引き出すことができる。また、筒状部４１の外周面２１ｂに複数の溝４４が設けられている場合には、受電コイル２２の巻線２２ａの巻き数を、整数以外にすることもできる。例えば、巻き数を１０．５回や１０．３回などにすることもできる。また、引き出し線２２ｂを溝４４に配置することによって、引き出し線２２ｂの位置ずれを防止することもできる。また、引き出し線２２ｂがフランジ部４２側において折り返されることによって、引き出し線２２ｂがフランジ部４２において長さ方向にずれないようにすることができ、引き出し線２２ｂまたは巻線２２ａの取り回しが容易になる。なお、引き出し線２２ｂ、２２ｃのずれを防止するため、例えば、引き出し線２２ｂ、２２ｃを、粘着テープや接着剤などを用いて固定してもよい。
【0046】
なお、図３Ｂで示されるように、フランジ部４２の端面には、複数の貫通孔４５及び複数の孔４６の開口部を繋ぐように、溝部４８が設けられている。したがって、孔４６や貫通孔４５を介して引き出し線２２ｂをガイドする際にも、端面から外側に引き出し線２２ｂが飛び出ることがないようにすることができる。そのため、例えば、第１及び第２のリンク１０、２０の関節が回転する際に受電側ボビン２１のフランジ部４２側の端面が他の構成、例えば、後述する中板３２と擦れる場合であっても、引き出し線２２ｂが擦り切れないようにすることができる。
【0047】
また、図３Ｃで示されるように、フランジ部４３の端面には、複数の貫通孔４５の開口部を繋ぐ円環状の溝部４９と、複数の孔４７の開口部を繋ぐ円環状の溝部５０とが設けられている。そして、図４Ａで示されるように、溝部４９の開口を覆うように円環状の環状電極５１が設けられ、溝部５０の開口を覆うように円環状の環状電極５２が設けられている。環状電極５１、５２は、受電側ボビン２１が取付部２５に取り付けられた際に、関節の回転軸と同軸となってもよい。すなわち、環状電極５１、５２の中心が、関節の回転軸上となってもよい。なお、引き出し線２２ｂの端部は、環状電極５１に接続され、引き出し線２２ｃの端部は、環状電極５２に接続されているものとする。また、環状電極５１、５２は、フランジ部４３の端面と同一面上となるように設けられた平面状の電極であってもよい。
【0048】
取付部２５には、受電側ボビン２１のフランジ部４３が嵌め込まれる円柱形状の凹部２５ａが設けられている。その凹部２５ａにフランジ部４３が嵌め合わされることによって、受電側ボビン２１が第２のリンク２０に装着される。なお、円柱形状の凹部２５ａの軸方向の長さは、フランジ部４３の軸方向の長さと同じであってもよい。また、フランジ部４３の軸方向の長さが、フランジ部４２の軸方向の長さよりも長くなっているため、受電側ボビン２１が取付部２５に取り付けられた際に、より安定することになる。なお、フランジ部４２、４３の軸方向の長さは同じであってもよい。
【0049】
受電側ボビン２１が取付部２５に取り付けられた場合に、受電側ボビン２１は、例えば、取付部２５に対して相対的に移動可能となっていてもよく、または、そうでなくてもよい。前者の場合には、フランジ部４３は、凹部２５ａに単に挿入されるだけであって、受電側ボビン２１は、関節の回転等に応じて取付部２５に対して動くことになる。一方、後者の場合には、受電側ボビン２１が取付部２５に取り付けられた際には、両者は相対的に移動しないことになる。この場合には、例えば、ボルトやスナップフィットなどを用いて受電側ボビン２１が第２のリンク２０に着脱可能に装着されてもよく、凹部２５ａの内周面に設けられたねじ溝に、フランジ部４３の外周面に設けられたねじ山を螺合させることによって、受電側ボビン２１が第２のリンク２０に着脱可能に装着されてもよく、その他の方法によって受電側ボビン２１が第２のリンク２０に着脱可能に装着されてもよい。
【0050】
図４Ｂで示されるように、取付部２５の凹部２５ａにおける底面２５ｃの中心には、軸部材１６が通る中心貫通孔２５ｂが設けられている。また、底面２５ｃには、受電側ボビン２１が取付部２５に取り付けられた際に、環状電極５１、５２にそれぞれ接触する電極５３、５４が設けられている。電極５３、５４は、環状電極５１、５２の周方向の一部に相当する箇所に設けられており、環状電極５１、５２側に付勢されていることが好適である。受電側ボビン２１が取付部２５に取り付けられた際に、電極５３、５４と、環状電極５１、５２とがそれぞれ確実に接触するためである。そのため、電極５３、５４は、例えば、板バネ状の電極であってもよい。電極５３、５４は、配線によって制御回路２４に接続されていてもよい。このように、環状電極５１、５２と、電極５３、５４とが接触することによって、受電コイル２２が第２のリンク２０と電気的に接続されるため、受電側ボビン２１を中心軸周りに任意の角度となるように取付部２５に取り付けることができ、受電側ボビン２１を取付部２５に取り付ける際の作業性が向上することになる。なお、受電側ボビン２１や取付部２５の電極以外の部分は、例えば、樹脂によって構成されてもよい。
【0051】
ここでは、受電側ボビン２１側に環状電極５１、５２が設けられており、取付部２５側に、電極５３、５４が設けられている場合について説明したが、逆であってもよい。例えば、取付部２５側に環状電極が設けられており、受電側ボビン２１側における、環状電極の周方向の一部に相当する箇所に電極が設けられていてもよい。このように、受電側ボビン２１における軸方向の一端側の端面（例えば、フランジ部４３側の端面）と、その端面に対向する第２のリンク２０の面（例えば、取付部２５の底面２５ｃ）との一方に、関節の回転軸と同軸になるように環状電極が設けられており、他方には受電側ボビン２１が第２のリンク２０に取り付けられた場合に、環状電極に接触する電極が設けられていてもよい。
【0052】
なお、受電コイル２２と第２のリンク２０との電気的な接続は、環状電極、及び環状電極に接触する電極以外を用いて実現されてもよい。例えば、受電コイル２２の巻線２２ａの両端が、取付部２５の凹部２５ａなどに設けられた端子に手作業で接続されることによって、受電コイル２２と第２のリンク２０とが電気的に接続されてもよい。
【0053】
図２で示されるように、送電コイル１２及び受電コイル２２が関節の軸方向において対面するように送電側ボビン１１及び受電側ボビン２１が取付部１５、２５にそれぞれ装着された際に、送電側ボビン１１と受電側ボビン２１との間に、乾性潤滑剤の塗布された円盤状の中板３２が配置されてもよい。なお、中板３２の中心には、軸部材１６が通過する孔が設けられているものとする。また、装着された送電側ボビン１１及び受電側ボビン２１がそれぞれ取付部１５、２５に対して相対的に移動可能となっている場合には、中板３２は、送電側ボビン１１と受電側ボビン２１との間のスペーサとして用いられてもよい。一方、装着された送電側ボビン１１及び受電側ボビン２１がそれぞれ取付部１５、２５に対して相対的に移動可能となっていない場合には、中板３２はなくてもよい。
【0054】
また、取付部２５の凹部２５ａと反対側の面は、リンク部材２８に固定されているものとする。また、送電側ボビン１１、送電コイル１２、取付部１５、受電側ボビン２１、受電コイル２２、取付部２５を覆うように、円筒カバー２７が設けられている。円筒カバー２７は、軸方向の一端がリンク部材２８、または取付部２５に取り付けられてもよい。また、リンク部材１８に固定された取付部１５のリンク部材１８側の端部の外周側には、周方向に沿って窪み部１５ａが設けられており、円筒カバー２７の第１のリンク１０側の端部には、その窪み部１５ａに嵌るように、内周側に突出した突出部２７ａが周方向に沿って設けられていてもよい。なお、送電側ボビン１１及び受電側ボビン２１を交換することができるように、円筒カバー２７は、例えば、リンク部材２８に着脱可能に取り付けられていてもよい。
【0055】
次に、リンク機構１の動作について説明する。制御回路１４に供給された電力は、送電コイル１２及び受電コイル２２を介して制御回路２４に供給される。また、制御回路１４から供給された電力に応じて、駆動手段１３は、軸部材１６を回転させる。その結果、関節部分において、第２のリンク２０が第１のリンク１０に対して回転されることになる。また、制御回路２４に供給された電力は、駆動手段２３に供給される。そして、駆動手段２３が軸部材２６を回転させることによって、ハンド部３０が回転されることになる。
【0056】
また、例えば、ハンド部３０が消費電力の多い別のエンドエフェクタに交換されることによって、または、第２のリンク２０の先端側にさらに別のリンクが接続されることによって、第１のリンク１０から第２のリンク２０により多くの電力を伝送しなければならなくなった場合には、送電コイル１２及び受電コイル２２を交換することになる。そのような場合には、まず、円筒カバー２７や軸部材１６を取り外し、その後に、取付部１５、２５からそれぞれ送電側ボビン１１及び受電側ボビン２１を取り外す。なお、コイルの巻線の両端が、取付部１５、２５側の端子に接続されている場合には、その接続を外してもよい。そして、新しい構成に応じた送電コイル１２及び受電コイル２２がそれぞれ巻回された送電側ボビン１１及び受電側ボビン２１を、取付部１５、２５に取り付ける。その後、軸部材１６や円筒カバー２７を装着することによって、送電コイル１２及び受電コイル２２の交換が完了することになる。
【0057】
以上のように、本実施の形態によるリンク機構１によれば、関節部分において非接触電力伝送によって電力を伝送できるため、関節部分における電力伝送用の配線が不要になる。また、非接触電力伝送用のコイルが、リンクに対して取り外し可能に設けられている送電側ボビン１１及び受電側ボビン２１に巻回されていることによって、リンク機構１の先端側において必要とされる電力量が変わることなどに応じて、非接触電力伝送用のコイルを簡単に交換することができる。例えば、リンクがユニット化されており、任意の個数のリンクを直列に連結できる場合には、基端側のリンク間で伝送される電力の方が、先端側のリンク間で伝送される電力より大きくなければならないが、本実施の形態によるリンク機構１では、各関節において、伝送される電力量に応じた適切なコイルとなるようにすることができる。また、送電側ボビン１１や受電側ボビン２１が摩耗した場合にも、それらを簡単に交換することができる。したがって、メンテナンスが容易になり、リンク機構１の機械寿命を延ばすことができる。
【0058】
なお、本実施の形態では、筒状部４１において、溝４４の内周側にそれぞれ貫通孔４５が設けられている場合について説明したが、そうでなくてもよい。溝４４の内周側以外の箇所に貫通孔が設けられていてもよい。また、溝４４の個数と、貫通孔４５の個数とは同じでなくてもよい。例えば、貫通孔４５の個数は、溝４４の個数よりも少なくてもよい。この場合には、例えば、溝４４及び孔４６を介してフランジ部４２側の端面にガイドされた引き出し線２２ｂは、その孔４６に近い貫通孔４５を介してフランジ部４３側の端面に引き出されてもよい。
【0059】
また、本実施の形態では、巻線２２ａの一端がフランジ部４３側に引き出される際に、フランジ部４２側の端面、及び貫通孔４５を介して引き出される場合について主に説明したが、そうでなくてもよい。送電側ボビン１１及び受電側ボビン２１は、貫通孔４５を有していなくてもよい。この場合には、例えば、図５で示されるように、巻線２２ａの引き出し線２２ｂは、巻線２２ａの内周側の溝４４を介してフランジ部４３側に引き出され、フランジ部４３の孔４７を介してフランジ部４３の端面側に引き出されてもよい。この場合には、フランジ部４２には、孔４６や溝部４８が設けられていなくてもよい。
【0060】
また、本実施の形態では、送電側ボビン１１及び受電側ボビン２１が軸方向の両端にフランジ部４２、４３等を有する場合について説明したが、そうでなくてもよい。送電側ボビン１１及び受電側ボビン２１が軸方向の両端にフランジ部が設けられていなくてもよい。この場合には、送電側ボビン１１及び受電側ボビン２１は、筒状部４１のみを有していてもよい。なお、その筒状部４１の外周面２１ｂに１個または２個以上の溝４４が設けられていてもよいことは上記のとおりである。また、筒状部４１の外周面２１ｂに溝４４が設けられていなくてもよい。この場合には、筒状部４１の外周面２１ｂまたは内周面２１ｃにおいて、コイルの引き出し線を粘着テープや接着剤などで固定してもよい。
【0061】
また、本実施の形態では、送電側ボビン１１及び受電側ボビン２１が、取付部１５、２５を介して第１及び第２のリンク１０、２０にそれぞれ装着される場合について説明したが、そうでなくてもよい。第１及び第２のリンク１０、２０はそれぞれ取付部１５、２５を有していなくてもよい。この場合には、送電側ボビン１１及び受電側ボビン２１は、別の方法によって、それぞれ第１及び第２のリンク１０、２０に着脱可能に設けられてもよい。受電側ボビン２１は、例えば、スナップフィットなどによってリンク部材２８に着脱可能に取り付けられてもよい。
【0062】
また、本実施の形態では、送電側ボビン１１及び受電側ボビン２１がそれぞれ第１及び第２のリンク１０、２０に取り付けられた際に、送電コイル１２及び受電コイル２２が対面する配置となっている場合について主に説明したが、そうでなくてもよい。送電側ボビン１１及び受電側ボビン２１がそれぞれ第１及び第２のリンク１０、２０に取り付けられた際に、送電コイル１２及び受電コイル２２は、一方のコイルの外周側に他方のコイルが位置する配置となってもよい。この場合に、両コイルは、例えば、同軸となっていてもよく、または、そうでなくてもよい。図６は、送電側ボビン１１及び受電側ボビン２１がそれぞれ取付部１５、２５に取り付けられた際に、受電コイル２２の外周側に、送電コイル１２が位置する配置となっている関節部分の一例を示す断面図である。図６では、送電コイル１２及び受電コイル２２は、同軸になっている。この場合には、送電側ボビン１１及び受電側ボビン２１は、それぞれ取付部１５、２５との相対的な位置が変化しないように装着されることが好適である。なお、図６では、受電コイル２２の外周側に、送電コイル１２が位置する配置となっている場合について示しているが、送電側ボビン１１及び受電側ボビン２１がそれぞれ取付部１５、２５に取り付けられた際に、送電コイル１２の外周側に、受電コイル２２が位置する配置となっていてもよい。このように、一方のコイルの外周側に他方のコイルが位置する配置となっている場合には、関節部分において、関節の軸方向の長さをより短くすることもできうる。
【0063】
また、図７で示されるように、駆動手段１３を、送電側ボビン１１及び取付部１５の中心貫通孔の内部に配置してもよい。このように、送電側ボビン１１及び受電側ボビン２１がそれぞれ着脱可能に第１及び第２のリンク１０、２０に取り付けられており、また、適切な非接触電力伝送を実現することができるのであれば、関節部分の構成は、上記説明に限定されるものではなく、種々の構成を考えることができる。
【0064】
また、本実施の形態では、受電側ボビン２１の筒状部４１が円筒形状であり、その筒状部４１の外周面２１ｂに巻線２２ａが巻回されることによって、円筒形状の受電コイル２２が形成される場合について主に説明したが、そうでなくてもよい。筒状部４１は、例えば、多角筒形状であってもよい。なお、多角筒形状の軸方向に垂直な断面における筒壁の形状は、例えば、正三角形状、正方形状、正五角形状、正六角形状などの正多角形状であってもよい。送電側ボビン１１についても同様である。
【0065】
また、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【0066】
以上より、本発明の一態様によるリンク機構によれば、コイルを容易に変更できるという効果が得られ、関節において非接触電力伝送を行うリンク機構として有用である。
【符号の説明】
【0067】
１ リンク機構
１０ 第１のリンク
１１ 送電側ボビン
１２ 送電コイル
２０ 第２のリンク
２１ 受電側ボビン
２２ 受電コイル
４４ 溝
４５ 貫通孔
５１、５２ 環状電極
５３、５４ 電極
１０ 第１のリンク
１１ 送電側ボビン
１２ 送電コイル
２０ 第２のリンク
２１ 受電側ボビン
２２ 受電コイル
４４ 溝
４５ 貫通孔
５１、５２ 環状電極
５３、５４ 電極
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】