特許 7544839 防水構造およびロボット

(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】2024-08-26

(45)【発行日】2024-09-03

(54)【発明の名称】防水構造およびロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/00 20060101AFI20240827BHJP

【ＦＩ】

B25J19/00 H

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022553873

(86)(22)【出願日】2021-09-24

(86)【国際出願番号】 JP2021034924

(87)【国際公開番号】W WO2022071075

(87)【国際公開日】2022-04-07

【審査請求日】2023-04-05

(31)【優先権主張番号】P 2020163445

(32)【優先日】2020-09-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118913

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 邦生

(74)【代理人】

【識別番号】100142789

【弁理士】

【氏名又は名称】柳 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100201466

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】糸数 建太

【審査官】松浦 陽

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２２８７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２８００１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０３９３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０４４５６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００ － ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉛直方向に延びるボールねじスプラインシャフトの上側に該ボールねじスプラインシャフトと同軸に配置される延長シャフトと、
該延長シャフトおよび前記ボールねじスプラインシャフトを覆い前記延長シャフトの長手軸に沿う方向に伸縮可能である筒状のカバー部材と、
前記ボールねじスプラインシャフトと前記延長シャフトとを前記長手軸回りに相対回転可能に連結する回転連結部とを備え、
前記カバー部材の上端部が前記延長シャフトの上端部と固定され、
前記カバー部材の下端部が、前記ボールねじスプラインシャフトを前記長手軸回りに回転可能に支持する部材に固定され、
前記カバー部材は、前記ボールねじスプラインシャフトに対して固定されず、前記ボールねじスプラインシャフトは前記カバー部材に対して前記長手軸回りに回転可能である、防水構造。

【請求項2】

前記延長シャフトの上端部と前記カバー部材の上端部との間を封止する第１の固定シールを備える請求項１に記載の防水構造。

【請求項3】

前記回転連結部が、
前記延長シャフトの下端部の径方向外側に配置され前記ボールねじスプラインシャフトと固定される筒状のベアリングホルダと、
前記延長シャフトの外周面と前記ベアリングホルダの内周面との間に配置されたベアリングとを備える請求項１または請求項２に記載の防水構造。

【請求項4】

前記延長シャフトの下端部の外面と前記ベアリングホルダの内面との間の隙間から形成されるラビリンスシールを備え、
前記ベアリングが、前記ラビリンスシールよりも上側に配置されている請求項３に記載の防水構造。

【請求項5】

前記ボールねじスプラインシャフトと前記ベアリングホルダとの間を封止する第２の固定シールを備える請求項３または請求項４に記載の防水構造。

【請求項6】

前記延長シャフトが、線条体を前記延長シャフトの上端部に固定するための固定部を有する請求項１から請求項５のいずれかに記載の防水構造。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれかに記載の防水構造を備えるロボット。

【請求項8】

第１シャフトと前記第１シャフトの長手軸方向に沿って配置され前記長手軸回りに回転させられる第２シャフトとを覆い、前記長手軸方向に伸縮可能なカバー部材と、
前記第１シャフトと前記第２シャフトとを前記長手軸回りに相対回転可能に連結する回転連結部とを備え、
前記カバー部材の一端部が、前記第１シャフトの前記第２シャフト側とは前記長手軸方向の反対側の一端部と固定され、
前記カバー部材の他端部が、前記第２シャフトを前記長手軸回りに回転可能に支持する部材に固定され、
前記カバー部材は前記第２シャフトと固定されず、前記第２シャフトは前記カバー部材に対して前記長手軸回りに回転可能であり、
前記回転連結部が、
前記第１シャフトの前記第２シャフト側の端部の径方向外側に配置され前記第２シャフトと固定される筒状のベアリングホルダと、
前記第１シャフトの外周面と前記ベアリングホルダの内周面との間に配置されたベアリングとを備え、
前記第１シャフトと前記カバー部材との間、および、前記第２シャフトと前記回転連結部の前記ベアリングホルダとの間の少なくとも一方が封止されている、防水構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、防水構造およびロボットに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、水平多関節（スカラ）ロボット用の防水構造には、ボールねじスプライン（ＢＳ）シャフトを覆いＢＳシャフトの長手方向に伸縮可能な蛇腹状のカバー部材が使用されている（例えば、特許文献１～３参照。）。特許文献１～３において、ＢＳシャフトの上端に延長シャフトが連結され、ＢＳシャフトおよび延長シャフトがカバー部材によって覆われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－２２８７３３号公報

【文献】特許第５４４４８５８号公報

【文献】特許第５７９２９８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＢＳシャフトおよび延長シャフトは、ＢＳシャフトの長手軸回りに一体的に回転する。特許文献１～３において、ＢＳシャフトの回転によってカバー部材がねじれないようにするために、カバー部材の上端部はベアリングを介して延長シャフトの上端部に取り付けられている。この場合、ベアリングの防塵防水用に、延長シャフトの上端部とカバー部材の上端部との間を封止する回転シールが設けられる。回転シールがオイルシールである場合、カバー部材のねじれを防止するために、摺動抵抗の低い特殊仕様のオイルシールが必要となり、コストが高くなる。回転シールがラビリンスシールである場合、防水性能においてオイルシールよりも劣る。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様は、鉛直方向に延びるボールねじスプラインシャフトの上側に該ボールねじスプラインシャフトと同軸に配置される延長シャフトと、該延長シャフトおよび前記ボールねじスプラインシャフトを覆い前記延長シャフトの長手軸に沿う方向に伸縮可能である筒状のカバー部材と、前記ボールねじスプラインシャフトと前記延長シャフトとを前記長手軸回りに相対回転可能に連結する回転連結部とを備え、前記カバー部材の上端部が前記延長シャフトの上端部と固定され、前記カバー部材の下端部が、前記ボールねじスプラインシャフトを前記長手軸回りに回転可能に支持する部材に固定され、前記カバー部材は、前記ボールねじスプラインシャフトに対して固定されず、前記ボールねじスプラインシャフトは前記カバー部材に対して前記長手軸回りに回転可能である、防水構造である。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】一実施形態に係るロボットの側面図である。

【図2】図１のロボットの正面図である。

【図3】防水構造の構成を示す断面図であり、図２のＡ－Ａ線に沿うロボットの部分的な縦断面図である。

【図4】防水構造の上端部の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に、一実施形態に係る防水構造１およびロボット１０について図面を参照して説明する。
図１および図２に示されるように、ロボット１０は、ベース１１、第１アーム１２、第２アーム１３およびボールねじスプライン（ＢＳ）シャフト１４を備える水平多関節ロボットである。

【0008】

ベース１１は、設置面に固定される。
第１アーム１２の一端部は、鉛直な第１軸線Ｊ１回りに回転可能にベース１１に支持され、第１アーム１２は、ベース１１に対して水平方向に回転可能である。
第２アーム１３の一端部は、鉛直な第２軸線Ｊ２回りに回転可能に第１アーム１２の他端部に支持され、第２アーム１３は、第１アーム１２に対して水平方向に回転可能である。

【0009】

ＢＳシャフト１４は、ＢＳシャフト１４の長手軸である第３軸線Ｊ３に沿って上下方向に直線移動可能に、かつ、第３軸線Ｊ３回りに回転可能に、第２アーム１３の他端部に支持されている。ＢＳシャフト１４の下端には、ハンド等のツール（図示略）が接続される。ＢＳシャフト１４は、少なくとも上端において開口する中空の円菅状であり、ツール用の配線等の線条体をＢＳシャフト１４の内部に通すことができる。

【0010】

このように、鉛直方向に延びるＢＳシャフト１４は、第２アーム１３を貫通し、第２アーム１３に対して鉛直方向に移動する。したがって、第２アーム１３のカバーの上壁には、ＢＳシャフト１４が通る穴（図示略）が開口している。ロボット１０は、穴から第２アーム１３の内部への水の侵入を防止するための防水構造１をさらに備える。

【0011】

図３に示されるように、防水構造１は、ＢＳシャフト（例えば、第２シャフト）１４の上側にＢＳシャフト１４と同軸に配置される延長シャフト（例えば、第１シャフト）２と、延長シャフト２をＢＳシャフト１４に連結する回転連結部３と、延長シャフト２およびＢＳシャフト１４を覆う筒状のカバー部材４とを備える。

【0012】

ＢＳシャフト１４が最も低い位置まで下降したとき、ＢＳシャフト１４の上端は第２アーム１３のカバーの上面の近くまで下降する。ＢＳシャフト１４の上端に連結された延長シャフト２によって、第２アーム１３のカバーの上面と延長シャフト２の上端部との間に、カバー部材４を配置するための距離が確保される。延長シャフト２は、両端において開口する中空の円管状であり、延長シャフト２の内部はＢＳシャフト１４の内部と連通している。

【0013】

回転連結部３は、ＢＳシャフト１４と延長シャフト２との連結部分に配置され、ＢＳシャフト１４および延長シャフト２を第３軸線Ｊ３回りに相対回転可能に連結する。具体的には、回転連結部３は、延長シャフト２の下端部の径方向外側に配置されＢＳシャフト１４と固定される筒状のベアリングホルダ５と、延長シャフト２の外周面とベアリングホルダ５の内周面との間に配置されたベアリング６とを備える。

【0014】

ベアリングホルダ５は、ＢＳシャフト１４の上端部の径方向外側に配置されＢＳシャフト１４の上端部に固定された筒状の第１部材５１と、延長シャフト２の下端部の径方向外側に配置され第１部材５１と固定された筒状の第２部材５２とを有する。
例えば、第１部材５１は、円筒状の部材であり、第１部材５１を周方向に分断するスリットを有する。第１部材５１は、スリットを横切るボルト７ａを締め付けることによって、ＢＳシャフト１４の上端部の外周面に固定されている。第１部材５１および第２部材５２は、第１部材５１および第２部材５２に長手方向に挿入されたボルト７ｂによって相互に固定されている。

【0015】

第２部材５２は、延長シャフト２の外径よりも大きい内径を有する。ベアリング６は、延長シャフト２の外周面と第２部材５２の内周面との間に配置され、ベアリング６の内輪は延長シャフト２に固定され、ベアリング６の外輪は第２部材５２に固定されている。延長シャフト２およびベアリングホルダ５は、ベアリング６によって相対回転可能に連結されている。

【0016】

カバー部材４は、蛇腹状であり、長手方向に伸縮可能である。カバー部材４は、延長シャフト２の上端部から第２アーム１３のカバーの上面まで鉛直方向に延び、延長シャフト２とＢＳシャフト１４の第２アーム１３から上方に突出する突出部分とを覆う。回転連結部３は、シャフト２，１４とカバー部材４との間の円筒状の空間Ｓに配置されている。カバー部材４は、空間Ｓの閉塞を維持しながら長手方向に伸縮できる限りにおいて、蛇腹以外の構造を有していてもよい。

【0017】

カバー部材４の下端部は第２アーム１３のカバーの上面に固定され、ＢＳシャフト１４が通る穴がカバー部材４の内側に配置されている。穴を覆うカバー部材４によって、穴を経由して第２アーム１３の内部に液体が侵入することが防止される。
カバー部材４の上端部は延長シャフト２の上端部に固定されている。具体的には、延長シャフト２の上端部には円環板状のフランジ部２ａが設けられ、カバー部材４の上端部には円環板状のフランジ部４ａが設けられている。フランジ部２ａはフランジ部４ａの上に配置され、フランジ部２ａおよびフランジ部４ａがボルト７ｃによって相互に固定されている。

【0018】

防水構造１は、空間Ｓの密閉性を向上し防水構造１の防水性能を高めるために、シール８１、シール８２およびラビリンスシール９をさらに備える。
シール（第１の固定シール）８１は、延長シャフト２の上端部とカバー部材４の上端部との間を封止し、防水構造１の外側から空間Ｓへ液体が侵入することを阻止するものである。
具体的には、シール８１は、フランジ部２ａの下面とフランジ部４ａの上面との間に配置されている。フランジ部２ａおよびフランジ部４ａは相互に静止した固定部分であるので、シール８１として、ガスケット等の固定シールが使用される。

【0019】

シール（第２の固定シール）８２は、ＢＳシャフト１４とベアリングホルダ５との間を封止し、シャフト２，１４の内部から空間Ｓへ液体が侵入することを阻止するものである。
具体的には、第２部材５２の下端面には、第１部材５１の内部に嵌合する円環状の凸部５２ｃが設けられ、凸部５２ｃの下端面とＢＳシャフト１４の上端面とが相互に対向している。シール８２は、凸部５２ｃの下端面とＢＳシャフト１４の上端面との間に配置されている。ＢＳシャフト１４およびベアリングホルダ５は相互に静止した固定部分であるので、シール８２として、Ｏリング等の固定シールが使用される。

【0020】

ラビリンスシール９は、延長シャフト２の下端部の外面とベアリングホルダ５の内面との間の隙間９ａ，９ｂから形成され、延長シャフト２の内部からベアリング６および空間Ｓへ液体が侵入することを阻止するものである。
具体的には、第２部材５２の内面は、延長シャフト２の円環状の下端面と対向する円環状の下壁５２ａと、下壁５２ａの外縁から上方に立ち上がる円筒状の側壁５２ｂとを有する。延長シャフト２の下端面と下壁５２ａとの間に水平方向の円環状の隙間９ａが設けられ、延長シャフト２の外周面と側壁５２ｂとの間に鉛直方向の円筒状の隙間９ｂが設けられている。

【0021】

ベアリング６は、ラビリンスシール９よりも上側に配置されている。延長シャフト２の内部に侵入した液体は、隙間９ａ内に水平方向に侵入することはできるが、隙間９ｂを上昇することは重力によって阻止される。したがって、液体が隙間９ｂの上側のベアリング６まで侵入することが防止される。

【0022】

次に、防水構造１およびロボット１０の作用について説明する。
ロボット１０の作動時、第２アーム１３内のモータ（図示略）からＢＳシャフト１４に回転力が伝達されることによって、ＢＳシャフト１４は、第３軸線Ｊ３回りに回転しながら第３軸線Ｊ３に沿って上昇および下降する。ＢＳシャフト１４と共に延長シャフト２も上昇および下降する。カバー部材４は、延長シャフト２の上端部の上昇および下降によって伸縮変形する。このようなカバー部材４によって、外部から第２アーム１３の内部へ液体が侵入することが阻止される。

【0023】

ここで、ＢＳシャフト１４および延長シャフト２は回転連結部３によって相対回転可能に連結されているので、ＢＳシャフト１４のみが第３軸線Ｊ３回りに回転し、延長シャフト２およびカバー部材４は、第３軸線Ｊ３回りには回転せずに相互に静止している。したがって、延長シャフト２の上端部とカバー部材４の上端部との間を封止するために、オイルシールのような高価な部品は不要であり、ガスケットのような安価な固定シール８１によって延長シャフト２の上端部とカバー部材４の上端部との間を封止することができる。これにより、防水構造１の高い防水性能とコストダウンとを実現することができる。

【0024】

また、固定部分であるＢＳシャフト１４とベアリングホルダ５との間が、Ｏリングのような安価な固定シール８２によって封止されている。これにより、コストをかけずに防水構造１の防水性能をさらに高めることができる。

【0025】

また、回転部分である延長シャフト２の下端部とベアリングホルダ５との間の封止には、ラビリンスシール９が使用される。オイルシールのような接触式の回転シールを延長シャフト２の下端部とベアリングホルダ５との間の封止に使用した場合、回転シールの摺動抵抗による第３軸線Ｊ３回りのねじり力がカバー部材４に加わり得る。本実施形態によれば、非接触式のラビリンスシール９を使用することによって、カバー部材４に加わるねじり力を低減し、カバー部材４の寿命を延ばすことができる。
また、ベアリング６をラビリンスシール９の上側に配置することによって、ベアリング６への液体の侵入を確実に防止し、回転部分の高い防水性能を安価な構成で実現することができる。

【0026】

本実施形態において、図３および図４に示されるように、延長シャフト２が、線条体１６を延長シャフト２の上端部に固定するための固定部２ｂを有していてもよい。
例えば、固定部２ｂは、延長シャフト２の上端面に開口するタップ穴であり、固定部材１５が、タップ穴２ｂ内にボルト７ｄを締結することによって延長シャフト２の上端面に固定される。線条体１６は、シャフト２，１４内を通って延長シャフト２の上端面から引き出され、固定部材１５によって延長シャフト２の上端部に対して固定される。
延長シャフト２は第３軸線Ｊ３回りに回転しないので、線条体１６のねじれを防止しながら線条体１６を延長シャフト２に対して固定することができる。

【0027】

本実施形態において、防水構造１が、延長シャフト２の上端部とカバー部材４の上端部との間を封止するシール８１を備えることとしたが、シール８１以外の手段によって延長シャフト２の上端部とカバー部材４の上端部との間が密閉されていてもよい。延長シャフト２の上端部とカバー部材４の上端部は固定部分であるので、延長シャフト２の上端部とカバー部材４の上端部との間の封止には、ガスケットのような固定シール以外の様々な手段を用いることができる。

【0028】

本実施形態において、延長シャフト２が、上端面において開口する中空の管状であることとしたが、延長シャフト２は、上端面において閉塞した中空のシャフトまたは中実のシャフトであってもよい。この場合には、延長シャフト２の内部に液体が侵入することがないので、シール８２およびラビリンスシール９は設けられていなくてもよい。

【0029】

本実施形態において、ロボット１０が、水平多関節ロボットであることとしたが、防水構造１が適用されるロボットは、水平多関節ロボットに限定されず、鉛直方向に延びるＢＳシャフトを有する任意のロボットであってもよい。

【0030】

本実施形態において、防水構造１が、ＢＳシャフト１４に連結される延長シャフト２を備えることとしたが、本開示の防水構造は、直列に同軸に配置され相対回転する２本のシャフトを有する任意の構造に適用することができる。すなわち、防水構造は、第１シャフトと第１シャフトの長手軸方向に沿って配置される第２シャフトとを覆い長手軸方向に伸縮可能なカバー部材と、第１シャフトと第２シャフトとを長手軸回りに相対回転可能に連結する回転連結部とを備えていてもよい。防水構造は、少なくとも固定部分を封止するシールをさらに備えることが好ましい。例えば、第１シャフトとカバー部材との間、および、第２シャフトと回転連結部との間の少なくとも一方がそれぞれシールによって封止されてもよい。

【0031】

本開示の実施形態について詳述したが、本開示は上述した個々の実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、または、特許請求の範囲に記載された内容とその均等物から導き出される本発明の思想および趣旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、置き換え、変更、部分的削除等が可能である。例えば、上述した実施形態において、各動作の順序や各処理の順序は、一例として示したものであり、これらに限定されるものではない。また、上述した実施形態の説明に数値又は数式が用いられている場合も同様である。

【符号の説明】

【0032】

１ 防水構造
２ 延長シャフト
２ｂ 固定部
３ 回転連結部
４ カバー部材
５ ベアリングホルダ
６ ベアリング
８１ 第１の固定シール
８２ 第２の固定シール
９ ラビリンスシール
９ａ，９ｂ 隙間
１０ ロボット
１４ ボールねじスプラインシャフト
１５ 固定部材
１６ 線条体
Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３ 軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】