(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】2024-10-07
(45)【発行日】2024-10-16
(54)【発明の名称】直動装置およびロボット
(51)【国際特許分類】
B25J 19/00 20060101AFI20241008BHJP
B25J 9/06 20060101ALI20241008BHJP
【ＦＩ】
B25J19/00 Z
B25J9/06 D
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2022571471
(86)(22)【出願日】2021-12-21
(86)【国際出願番号】 JP2021047151
(87)【国際公開番号】W WO2022138595
(87)【国際公開日】2022-06-30
【審査請求日】2023-07-11
(31)【優先権主張番号】P 2020214527
(32)【優先日】2020-12-24
(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】黒木 俊克
【審査官】杉山 悟史
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－２２８７３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特許第６０８７６５０（ＪＰ，Ｂ２）
(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】
長尺のシャフト部材と該シャフト部材に取り付けられた接続部材とを有し、前記シャフト部材および前記接続部材の少なくとも一方が前記シャフト部材の長手方向に移動する、直動機構と、前記シャフト部材の端部に取り付けられた防錆部材とを備え、
該防錆部材が、前記直動機構の材料よりもイオン化傾向が高い防錆材料を含み、前記直動機構と電気的に接続されている、直動装置。
【請求項2】
前記直動機構が、前記シャフト部材としてのねじ軸と、前記接続部材としてのボールねじナットとを有し、前記シャフト部材および前記ボールねじナットが前記長手方向に相対移動するボールねじである、請求項１に記載の直動装置。
【請求項3】
前記防錆部材が、前記防錆材料から形成される、請求項１または請求項２に記載の直動装置。
【請求項4】
前記防錆部材が、該防錆部材の表面を被覆する前記防錆材料の被膜を有する、請求項１または請求項２に記載の直動装置。
【請求項5】
前記防錆部材が、前記シャフト部材の端部に固定されたストッパである、請求項１から請求項４のいずれかに記載の直動装置。
【請求項6】
前記直動機構の少なくとも一部分は、該直動機構が搭載される機械または装置の外部に露出する露出部分であり、前記防錆部材は、前記露出部分に取り付けられている、請求項１から請求項５のいずれかに記載の直動装置。
【請求項7】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の直動装置を備えるロボット。
【請求項8】
前記シャフト部材を昇降軸として備える水平多関節ロボットである、請求項７に記載のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、直動装置およびロボットに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、水平多関節ロボットの昇降軸に、ボールねじのねじ軸が使用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１２－２２８７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ボールねじの部品が錆びると、ねじ軸が滑らかに動作しなくなる。特に、水平多関節ロボットの場合、ねじ軸がアームカバーの外側に配置されるため、錆を防止するためにボールねじの定期的なメンテナンスが必要である。例えば、ボールねじに防錆剤を頻繁に塗布する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様は、長尺のシャフト部材と該シャフト部材に取り付けられた接続部材とを有し、前記シャフト部材および前記接続部材の少なくとも一方が前記シャフト部材の長手方向に移動する、直動機構と、前記シャフト部材の端部に取り付けられた防錆部材とを備え、該防錆部材が、前記直動機構の材料よりもイオン化傾向が高い防錆材料を含み、前記直動機構と電気的に接続されている、直動装置である。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下に、一実施形態に係る直動装置およびロボットについて図面を参照して説明する。
図１に示されるように、ロボット１０は、直動装置であるボールねじ装置１のねじ軸５を昇降軸として備える水平多関節ロボットである。ロボット１０は、被設置面に設置されるベース１１と、ベース１１に支持された第１アーム１２と、第１アーム１２に支持された第２アーム１３と、第２アーム１３に配置されたボールねじ装置１とを備える。符号１８，１９は、ロボット１０内のサーボモータ１４，１５，１６，１７に制御信号および電力を供給するためのケーブルまたはコンジットである。
図１に示されるように、ロボット１０は、直動装置であるボールねじ装置１のねじ軸５を昇降軸として備える水平多関節ロボットである。ロボット１０は、被設置面に設置されるベース１１と、ベース１１に支持された第１アーム１２と、第１アーム１２に支持された第２アーム１３と、第２アーム１３に配置されたボールねじ装置１とを備える。符号１８，１９は、ロボット１０内のサーボモータ１４，１５，１６，１７に制御信号および電力を供給するためのケーブルまたはコンジットである。
【0008】
第１アーム１２の一端部は、鉛直方向の第１軸線Ａ回りに回転可能にベース１１に支持されている。第１アーム１２は、ベース１１内のサーボモータ１４によって、ベース１１に対して回転させられる。
第２アーム１３の一端部は、鉛直方向の第２軸線Ｂ回りに回転可能に第１アーム１２の他端部に支持されている。第２アーム１３は、第２アーム１３内のサーボモータ１５によって、第１アーム１２に対して回転させられる。
ボールねじ装置１のねじ軸５は、第２アーム１３の他端部を鉛直方向に貫通し、鉛直方向の第３軸線Ｃに沿って直線移動可能に、かつ、第３軸線Ｃ回りに回転可能に第２アーム１３に支持されている。第３軸線Ｃは、ねじ軸５の長手軸と一致している。
第２アーム１３の一端部は、鉛直方向の第２軸線Ｂ回りに回転可能に第１アーム１２の他端部に支持されている。第２アーム１３は、第２アーム１３内のサーボモータ１５によって、第１アーム１２に対して回転させられる。
ボールねじ装置１のねじ軸５は、第２アーム１３の他端部を鉛直方向に貫通し、鉛直方向の第３軸線Ｃに沿って直線移動可能に、かつ、第３軸線Ｃ回りに回転可能に第２アーム１３に支持されている。第３軸線Ｃは、ねじ軸５の長手軸と一致している。
【0009】
ボールねじ装置１は、直動機構であるボールねじ２と、ボールねじ２に取り付けられた防錆部材３，４とを備える。
図２に示されるように、ボールねじ２は、長尺のねじ軸（シャフト部材）５と、ねじ軸５に取り付けられねじ軸５を支持するボールねじナット（接続部材）６およびボールスプラインナット（接続部材）７と、ナット６，７を支持する軸受８，９とを備える。ボールねじ２の各部品５，６，７，８，９は、高剛性の金属または合金から形成され、各部品５，６，７，８，９の表面には防錆剤が塗布されている。
図２に示されるように、ボールねじ２は、長尺のねじ軸（シャフト部材）５と、ねじ軸５に取り付けられねじ軸５を支持するボールねじナット（接続部材）６およびボールスプラインナット（接続部材）７と、ナット６，７を支持する軸受８，９とを備える。ボールねじ２の各部品５，６，７，８，９は、高剛性の金属または合金から形成され、各部品５，６，７，８，９の表面には防錆剤が塗布されている。
【0010】
また、ねじ軸５はボールねじスプライン軸であり、ねじ軸５の外周面には、らせん状のねじ溝（図示略）と、ねじ軸５の長手方向に延びる直線状のスプライン溝（図示略）とが形成されている。ボールねじナット６の金属球がらせん溝に係合し、ボールスプラインナット７の金属球がスプライン溝に係合している。ボールねじナット６およびボールスプラインナット７は、軸受８，９によって、第２アーム１３に対して第３軸線Ｃ回りに回転可能に支持されている。
【0011】
ボールねじナット６は、プーリ２０およびベルト２１を経由してサーボモータ１６に接続されている。サーボモータ１６の回転が、ベルト２１およびプーリ２０によってボールねじナット６に伝達され、ボールねじナット６が第３軸線Ｃ回りに回転させられることによって、ねじ軸５が第３軸線Ｃに沿って鉛直方向に移動する。
ボールスプラインナット７は、プーリ２２およびベルト２３を経由してサーボモータ１７に接続されている。サーボモータ１７の回転が、ベルト２３およびプーリ２２によってボールスプラインナット７に伝達され、ボールスプラインナット７が第３軸線Ｃ回りに回転させられることによって、ねじ軸５が第３軸線Ｃ回りに回転する。図２において、サーボモータ１７の図示は省略されている。
ボールスプラインナット７は、プーリ２２およびベルト２３を経由してサーボモータ１７に接続されている。サーボモータ１７の回転が、ベルト２３およびプーリ２２によってボールスプラインナット７に伝達され、ボールスプラインナット７が第３軸線Ｃ回りに回転させられることによって、ねじ軸５が第３軸線Ｃ回りに回転する。図２において、サーボモータ１７の図示は省略されている。
【0012】
また、ボールねじ２は、ねじ軸５の上端部に固定されたストッパ３と、ねじ軸５の下端部に固定されたストッパ４とを備える。ストッパ３，４は、ねじ軸５の外周面に固定される円環状または円筒状の部材である。２つのストッパ３，４によって、第２アーム１３に対するねじ軸５の鉛直方向の移動が所定の可動範囲内に機械的に制限される。具体的には、上側のストッパ３が第２アーム１３のアームカバー１３ａまたは第２アーム１３に設けられた部材に突き当たることによって、ねじ軸５のそれ以上の下降が制限される。下側のストッパ４が、アームカバー１３ａまたは第２アーム１３に設けられた部材に突き当たることによって、ねじ軸５のそれ以上の上昇が制限される。図２の例では、ストッパ３はボールねじナット６に突き当たり、ストッパ４はボールスプラインナット７に突き当たるように構成されている。
【0013】
防錆部材は、ストッパ３，４である。ストッパ３，４は、高剛性の金属または合金から形成され、ねじ軸５と直接接触し、ボールねじ２の各部品５，６，７，８，９と電気的に接続されている。また、ストッパ３，４は、ボールねじ２の材料よりもイオン化傾向が高い防錆材料を含む。防錆材料は、高いイオン化傾向に加えて高い強度を有する金属または合金であることが好ましい。例えば、ボールねじ２の各部品５，６，７，８の主材料は鉄であり、ストッパ３，４の防錆材料は亜鉛またはマグネシウムである。ボールねじ２の材料に応じて、ストッパ３，４の材料は選択される。
【0014】
一例において、各ストッパ３，４の全体が、防錆材料から形成される。
他の例において、各ストッパ３，４は、ストッパ３または４の表面を被覆する防錆材料の被膜を有する。被膜は、ストッパ３，４の表面処理によって形成される。ストッパ３，４が防錆材料の被膜を有する場合、ストッパ３，４の本体の材料は、アルミニウムまたは鉄等、ストッパの材料として一般に使用される任意の材料であってもよい。
他の例において、各ストッパ３，４は、ストッパ３または４の表面を被覆する防錆材料の被膜を有する。被膜は、ストッパ３，４の表面処理によって形成される。ストッパ３，４が防錆材料の被膜を有する場合、ストッパ３，４の本体の材料は、アルミニウムまたは鉄等、ストッパの材料として一般に使用される任意の材料であってもよい。
【0015】
次に、ボールねじ装置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は、洗浄液が飛散する環境等、水または水蒸気に晒される環境に配置されることがある。特に、アームカバー１３ａの外側に露出しているねじ軸５は、水または水蒸気に晒されやすい。
ロボット１０は、洗浄液が飛散する環境等、水または水蒸気に晒される環境に配置されることがある。特に、アームカバー１３ａの外側に露出しているねじ軸５は、水または水蒸気に晒されやすい。
【0016】
本実施形態によれば、ねじ軸５の端部に固定されたストッパ３，４は、ボールねじ２の材料よりもイオン化傾向が高い防錆材料を含み、かつ、ボールねじ２と電気的に接続されている。したがって、ストッパ３，４は、ボールねじ２に対して犠牲陽極として働き、ボールねじ２よりも優先的に酸化し錆びる。これにより、ボールねじ２、特にねじ軸５の錆が防止され、防錆剤の効果が長期にわたって維持される。したがって、防錆剤を塗布する周期を長くすることができ、ロボット１０のメンテナンスに要する手間を減らすことができる。
【0017】
ねじ軸５はロボット１０の外部に露出する露出部分であり、ストッパ３，４は露出部分に取り付けられている。これにより、ストッパ３，４をねじ軸５の犠牲陽極として効果的に機能させ、ねじ軸５の錆を効果的に防止することができる。
また、アームカバー１３ａの外側に配置されているストッパ３，４は、アームカバー１３ａの内側に配置されるボールねじ２の部品６，７，８，９と比較して、交換等のメンテナンスが容易である。したがって、ストッパ３，４を防錆部材として利用することによって、防錆効果の維持に必要なメンテナンスを容易にすることができる。
また、アームカバー１３ａの外側に配置されているストッパ３，４は、アームカバー１３ａの内側に配置されるボールねじ２の部品６，７，８，９と比較して、交換等のメンテナンスが容易である。したがって、ストッパ３，４を防錆部材として利用することによって、防錆効果の維持に必要なメンテナンスを容易にすることができる。
【0018】
本実施形態において、ストッパ３，４が防錆部材を兼ねることとしたが、これに代えて、ストッパ３，４以外の部材が防錆部材であってもよい。
一変形例において、ストッパ３，４とは異なる防錆専用の防錆部材が、ボールねじ２に取り付けられていてもよい。高い防錆効果を得るために、防錆部材は、ロボット１０の外部に露出するねじ軸５またはストッパ３，４に取り付けられることが好ましい。
他の変形例において、ストッパ３，４以外のボールねじ２の部品が防錆部材であってもよい。例えば、ねじ軸５の、ボールねじナット（接続部材）６、ボールスプラインナット（接続部材）７を挿通しない一部の外表面を防錆材料の被膜によって被覆することで、ねじ軸５の一部を防錆部材として機能させてもよい。
一変形例において、ストッパ３，４とは異なる防錆専用の防錆部材が、ボールねじ２に取り付けられていてもよい。高い防錆効果を得るために、防錆部材は、ロボット１０の外部に露出するねじ軸５またはストッパ３，４に取り付けられることが好ましい。
他の変形例において、ストッパ３，４以外のボールねじ２の部品が防錆部材であってもよい。例えば、ねじ軸５の、ボールねじナット（接続部材）６、ボールスプラインナット（接続部材）７を挿通しない一部の外表面を防錆材料の被膜によって被覆することで、ねじ軸５の一部を防錆部材として機能させてもよい。
【0019】
本実施形態において、ねじ軸５が、ねじ溝およびスプライン溝の両方を有するボールねじスプライン軸であることとしたが、これに代えて、ねじ溝を有しスプライン溝を有しないボールねじ軸であってもよい。ねじ軸５がボールねじ軸である場合、ボールスプラインナット７は不要である。
【0020】
本実施形態において、ロボット１０が、ボールねじ２以外の直動機構を備え、直動機構のシャフト部材を昇降軸として備えていてもよい。この場合、昇降軸に防錆部材３，４が取り付けられてもよい。また、昇降軸を上下動させるためのアクチュエータが接続部材に接続されてもよい。例えば、アクチュエータがボールねじ２であり、ボールねじナット６が接続部材を介して昇降軸に固定され、ねじ軸５の回転によってボールねじナット６および昇降軸が一体的に上下動するように構成されてもよい。
【0021】
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、これに代えて、ロボット１０が直動軸を備える他の任意の種類のロボットであり、直動機構のシャフト部材が直動軸として用いられてもよい。
【0022】
本実施形態において、ボールねじ装置１がロボット１０に設けられていることとしたが、ボールねじ装置１は、ロボット以外の任意の機械または装置に設けられていてもよい。特に、ボールねじ装置１は、湿潤環境で使用される機械または装置に好適であり、ボールねじ２の少なくとも一部分が機械または装置の外部に露出される場合に、より好適である。例えば、工作機械のテーブルを移動させる移動機構としてボールねじ装置１が使用されてもよい。
ボールねじ装置１が適用される機械または装置に応じて、ボールねじ装置１の具体的な構成は変更可能である。例えば、ねじ軸５が、ボールねじ軸であってもよく、軸受８，９が、ナット６，７ではなくねじ軸５を直接支持してもよい。
ボールねじ装置１が適用される機械または装置に応じて、ボールねじ装置１の具体的な構成は変更可能である。例えば、ねじ軸５が、ボールねじ軸であってもよく、軸受８，９が、ナット６，７ではなくねじ軸５を直接支持してもよい。
【0023】
本実施形態において、直動装置がボールねじ装置１であることとしたが、直動装置は、ボールねじ２以外の直動機構を備える任意の直動装置であってもよい。例えば、シャフト部材および接続部材の一方がモータに接続され、モータの動力によってシャフト部材および接続部材が長手方向に相対移動するように、直動機構および直動装置は構成されていてもよい。または、接続部材がシャフト部材に固定されると共にモータに接続され、モータの動力によって接続部材およびシャフト部材が長手方向に一体的に移動するように、直動機構および直動機構は構成されていてもよい。
【符号の説明】
【0024】
１ ボールねじ装置（直動装置）
２ ボールねじ（直動機構）
３，４ ストッパ、防錆部材
５ ねじ軸（シャフト部材）
６ ボールねじナット（接続部材）
７ ボールスプラインナット（接続部材）
８，９ 軸受
１０ ロボット（機械、装置）
２ ボールねじ（直動機構）
３，４ ストッパ、防錆部材
５ ねじ軸（シャフト部材）
６ ボールねじナット（接続部材）
７ ボールスプラインナット（接続部材）
８，９ 軸受
１０ ロボット（機械、装置）
【図1】
【図2】