マニピュレータ用関節部
【課題】組立てが容易でコストの低減化を図り、高精度のマニピュレータ動作を行うことができる小型のマニピュレータ用関節部を提供する。
【解決手段】基部アーム３及び回動アーム４の端部同士を連結し、端部を支点として前記回動アーム４を回動させるマニピュレータ用関節部６である。マニピュレータ用関節部６は、基部アーム３の端部に設けられたスリーブ１５と回動アーム４の端部に設けられた装着孔２２との間に配置され、回動アーム４をスリーブ１５に対して回転自在に支持する転がり軸受１２、１３と、回動アーム４にスリーブ１５回りの回動を伝達する駆動ワイヤ１０と、を有する。
【解決手段】基部アーム３及び回動アーム４の端部同士を連結し、端部を支点として前記回動アーム４を回動させるマニピュレータ用関節部６である。マニピュレータ用関節部６は、基部アーム３の端部に設けられたスリーブ１５と回動アーム４の端部に設けられた装着孔２２との間に配置され、回動アーム４をスリーブ１５に対して回転自在に支持する転がり軸受１２、１３と、回動アーム４にスリーブ１５回りの回動を伝達する駆動ワイヤ１０と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間の指に似た動作を機械的に行うマニピュレータにおいて複数のアームを回動自在に連結するマニピュレータ用関節部に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業機械の加工ライン、組立てライン等では、省力化、自動化のために種々のロボットアームを使用している。
ロボットアームは、複数のアームを関節部を介して連結した装置であり、関節部の構成部材として、複列の転がり軸受を組み込んだ装置が知られている（例えば、特許文献１）。また、パートナーロボットや家事ロボットの腕の指部分の関節にはすべり軸受等が使用されているが，より滑らかな動きや様々な方向からの負荷容量が必要なため，これら関節部分にも転がり軸受が適用されている。
【０００３】
特許文献１の関節部に組み込まれている転がり軸受は、軸受の軸方向断面幅と半径方向断面高さの比を所定値に設定することで内輪及び外輪の厚さ寸法を増大させ、高剛性、高回転精度、低トルク、低発熱を図っている。
【０００４】
また、転がり軸受に適用される、生分解性を有するグリース組成物としては、ポリオールエステルを主成分とするグリース組成物（例えば、特許文献２参照。）や、にはペンタエリスリトールを主成分とするグリース組成物（例えば、特許文献３参照。）、植物油を主成分とするグリース組成物（例えば、特許文献４参照。）が考案されている。
さらに、小型化を図った転がり軸受としては、二つの軸受の配置を工夫したり、外輪や内輪を他の部品と共用化したものが知られている（例えば、特許文献５及び６参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６―３２９４２０号公報
【特許文献２】特開平６−１９８９号公報
【特許文献３】特開平８−２０７８９号公報
【特許文献４】特開２００２−３２３０５３号公報
【特許文献５】特開２００２−１２２１５３号公報
【特許文献６】特開平７−１６７１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ロボットアームのような大型の装置ではなく、人間の指に似た動作を機械的に行うマニピュレータの技術開発も行われており、それらを用いた腕（指）を備えたパートナーロボットや家事ロボットの実現が期待されている。
しかしながら、マニピュレータの関節部には、前述した特許文献１に記載のロボットアーム用転がり軸受を採用することはできない。すなわち、内輪及び外輪の厚さ寸法を増大させる特許文献１の転がり軸受の諸元を適用するとマニピュレータ用の転がり軸受が大型になってしまうので、小型化が必要なマニピュレータ用関節に採用することはできない。
【０００７】
また、特許文献１は、転がり軸受の構成部材である外輪及び内輪が、固定部品（外輪押さえ、内輪押さえ等）を介して関節部に固定されており、固定部品の組み込みに多くの手間と時間を要し、しかも、複列の転がり軸受を組み込まなければならないので、関節部の組立てコストの面で問題がある。
【０００８】
さらに、パートナーロボットや家事ロボットの腕の指部分の関節部分は一つ一つが独立した動きをする必要があるため、その駆動方法は部品内に通したワイヤを利用したり、小型モータを組み込んだりと様々である。そのため、仕様をすべり軸受から転がり軸受に変更する際にはただ軸受部を変更するだけでなく、ワイヤの通す部分やモータ内蔵部分等のスペースを考慮しなければならない。こういった背景により、使用する転がり軸受にはより小型なものが要求されてきている。しかしながら軸受サイズを単純に小さくしてしまうと、ワイヤやモータ等のスペースを確保しやすくなるものの、負荷容量そのものが小さくなってしまうために使用時の性能や耐久性に影響が生じてしまう。
【０００９】
また、今後小型のロボット関節は人間にとってより身近な存在となると考えられており、より人体への安全性や環境面の配慮が必要となる。このため、パートナーロボットや家事ロボットに転がり軸受に使用されるグリースとして、生分解性グリースを使用することが望まれているが、特許文献２，３に記載のグリース組成物は汎用グリースと比較して潤滑性能に劣り、特許文献４に記載のグリースも外部から水滴が入り込んだ場合著しく性能が低下するという問題があった。
また、特許文献５，６では、小型化した転がり軸受についての記載はあるが、ロボットアームについての記載はない。
【００１０】
そこで、本発明は、組立てが容易な転がり軸受を採用することで組立てコストの低減化を図ることができるとともに、高精度のマニピュレータ動作を行うことができる小型のマニピュレータ用関節部を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は以下の構成により達成される。
（１） 基部アーム及び回動アームの端部同士を連結し、前記端部を支点として前記回動アームを回動させるマニピュレータ用関節部であって、
前記基部アームの前記端部に設けられた関節軸と前記回動アームの前記端部に設けられた装着孔との間に配置され、前記回動アームを前記関節軸に対して回転自在に支持する転がり軸受と、
前記回動アームに前記関節軸回りの回動を伝達する駆動機構と、
を有することを特徴とするマニピュレータ用関節部。
（２） 前記転がり軸受の外輪は、前記回動アームの装着孔に内嵌されることを特徴とする（１）に記載のマニピュレータ用関節部。
（３） 前記転がり軸受の内輪は、前記基部アームの関節軸に外嵌されることを特徴とする（１）または（２）に記載のマニピュレータ用関節部。
（４） 前記転がり軸受は、
第１の内輪、第１の外輪、及び前記第１の内輪及び外輪間に転動自在に配置される複数の第１の転動体と、を有する第１の転がり軸受と、
第２の内輪、第２の外輪、及び前記第２の内輪及び外輪間に転動自在に配置される複数の第２の転動体と、を有する第２の転がり軸受と、
を備え、
前記第１の内輪は、前記第２の内輪に内周面全体が取り囲まれるように外嵌され、
前記第１の内輪の内周面の軸方向幅は、前記第２の内輪の軸方向幅の略１／３であることを特徴とする（２）または（３）に記載のマニピュレータ用関節部。
（５） 前記複数の第１及び第２の転動体は、互いに略等しい直径を有する玉であり、
前記複数の第１の転動体は、前記複数の第２の転動体よりも径方向外側に配置されており、
前記複数の第１の転動体のピッチ円と前記複数の第２の転動体のピッチ円の直径の差は、前記玉の直径の略４倍であり、
前記複数の第１の転動体と前記複数の第２の転動体の各中心点は、前記玉の略半径分だけ軸方向にずれていることを特徴とする（４）に記載のマニピュレータ用関節部。
（６） 前記転がり軸受は、
第１の内輪、第１の外輪、及び前記第１の内輪及び外輪間に転動自在に配置される複数の第１の転動体と、を有する第１の転がり軸受と、
第２の内輪、第２の外輪、及び前記第２の内輪及び外輪間に転動自在に配置される複数の第２の転動体と、を有する第２の転がり軸受と、
を備え、前記第１及び第２の内輪と、前記第１及び第２の外輪との少なくとも一方が一体的に形成されることを特徴とする（２）または（３）に記載のマニピュレータ用関節部。
（７） 前記第１及び第２の内輪は、前記関節軸によって構成されることを特徴とする（６）に記載のマニピュレータ用関節部。
（８） 前記転がり軸受は、
内輪、外輪、及び前記内輪及び外輪間に転動自在に配置される複数の針状ころと、を有する針状ころ軸受をさらに有することを特徴とする（２）または（３）に記載のマニピュレータ用関節部。
（９） 前記転がり軸受は、少なくとも前記関節軸の軸方向外側において、二重シール構造を有することを特徴とする（４）から（８）のいずれかに記載のマニピュレータ用関節部。
（１０） 前記転がり軸受に封入される潤滑剤は、基油が植物油及び流動パラフィンから選ばれる１種以上からなり、増ちょう剤が金属石けんからなるグリース組成物であることを特徴とする（１）から（９）のいずれかに記載のマニピュレータ用関節部。
（１１） 前記転がり軸受は、複数のポケットを周方向に形成して該ポケット内で前記転動体を保持する保持器を備え、前記保持器の隣接するポケットの間に所定量の潤滑剤が乗せられて封入されていることを特徴とする（１）から（１０）のいずれかに記載のマニピュレータ用関節部。
（１２） 前記駆動機構は、前記転がり軸受の外周、或いは前記回動アームの前記端部外周に掛け渡した線状部材と、当該線状部材に張力を付与して前記回動アームを前記関節軸回りに回動させる張力付与装置とを備えていることを特徴とする（１）から（１１）のいずれかに記載のマニピュレータ用関節部。
（１３） 前記駆動機構は、前記転がり軸受の外周、或いは前記回動アームの前記端部外周に、前記関節軸の軸心を円弧中心として円弧形状に形成した入力ギヤと、前記基部アームに配置した回転モータと、この回転モータの出力軸に固定されて前記入力ギヤに噛合しており、前記回転モータの正逆方向の回転駆動力を前記入力ギヤに伝達する出力ギヤとを備えていることを特徴とする（１）から（１１）のいずれかに記載のマニピュレータ用関節部。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、基部アームの端部に設けられた関節軸と回動アームの端部に設けられた装着孔との間に配置され、回動アームを関節軸に対して回転自在に支持する転がり軸受と、回動アームに関節軸回りの回動を伝達する駆動機構と、を有するので、マニピュレータ用関節部を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るマニピュレータ用関節部を有するマニピュレータの概略を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態のマニピュレータ用関節部を示す要部断面図である。
【図３】第２実施形態のマニピュレータ用関節部の要部断面図である。
【図４】第３実施形態のマニピュレータ用関節部の要部断面図である。
【図５】第４実施形態のマニピュレータ用関節部の要部断面図である。
【図６】第４実施形態のマニピュレータ用関節部の変形例の要部断面図である。
【図７】第５実施形態のマニピュレータ用関節部の要部断面図である。
【図８】（ａ）は、第５実施形態のマニピュレータ用関節部の変形例の要部断面図であり、（ｂ）は、第５実施形態のマニピュレータ用関節部の他の変形例の要部断面図である。
【図９】第６実施形態のマニピュレータ用関節部の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明のマニピュレータ用関節部の各実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明に係るマニピュレータ用関節部を有するマニピュレータの概略を示す斜視図、図２は第１実施形態のマニピュレータ用関節部を示す要部断面図、図３は第２実施形態のマニピュレータ用関節部の要部断面図、図４は第３実施形態のマニピュレータ用関節部の要部断面図である。
【００１５】
マニピュレータ１は、図１に示すように、中空円筒形状の第１アーム２と、小径部３ａ及び大径部３ｂからなる中空円筒形状の第２アーム３と、一端側を中空円筒形状とし、他端部を球面形状とした中空円筒形状の第３アーム４と、第１アーム２の一端部及び第２アーム３の一端部を連結している第１関節部５と、第２アーム３の他端部及び第３アーム４の一端部を連結している第２関節部６とを備えている。
【００１６】
（第１実施形態のマニピュレータ用関節部）
第２アーム３及び第３アーム４を連結している第２関節部６は、図１及び図２に示すように、第３アーム４の一端に形成した連結板４ｃを貫通するユニット装着孔７に嵌合する軸受ユニット８と、この軸受ユニット８の回転中心Ｐ位置に装着され、第２アーム３の一端に形成した連結板３ｃに配設される連結ネジ９と、軸受ユニット８の外周に掛け渡されており、軸受ユニット８を介して第３アーム４を連結ネジ９（回転中心Ｐ）回りに回動させる駆動ワイヤ１０と、軸受ユニット８を所定角度まで回転させる引張力を駆動ワイヤ１０に伝達する駆動力伝達装置１１と、を備えている。
【００１７】
ユニット装着孔７は、第３アーム４の長手方向に対して直交する方向に円形に開口して形成されている。軸受ユニット８は、２組の玉軸受１２，１３と、単一のハウジング１４と、単一のスリーブ１５とを一体化した部品である。
２組の玉軸受のうち一方の玉軸受（第１の転がり軸受）１２は、外輪（第１の外輪）１２ａ及び内輪（第１の内輪）１２ｂと、外輪１２ａの軌道溝及び内輪１２ｂの軌道溝間に転動自在に配設された複数の玉（第１の転動体）１２ｃと、外輪１２ａ及び内輪１２ｂの間の軸方向の両端部を閉塞する環状シール体１２ｄとを備えている。また、他方の玉軸受（第２の転がり軸受）１３も、一方の玉軸受１２と同一形状の外輪（第２の外輪）１３ａ及び内輪（第２の内輪）１３ｂと、外輪１３ａの軌道溝及び内輪１３ｂの軌道溝間に転動自在に配設された複数の玉（第２の転動体）１３ｃと、外輪１３ａ及び内輪１３ｂの間の軸方向の両端部を閉塞する環状シール体１３ｄとを備えている。
【００１８】
外輪１２ａ，１３ａ、内輪１２ｂ，１３ｂ及び玉１２ｃ，１３ｃの材料は、標準的な使用条件では軸受鋼（例えば、ＳＵＪ２、ＳＵＪ３など）とするが、使用環境に応じて、耐食材料であるステンレス系材料（例えば、ＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼材やＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼材、ＳＵＳ６３０等の析出硬化系ステンレス鋼材など）、チタン合金やセラミック系材料（例えば、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＳｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3、ＺｒＯ2 等）を採用してもよい。
【００１９】
ハウジング１４は、２組の玉軸受１２，１３の外輪１２ａ，１３ａを内嵌し、第３アーム４のユニット装着孔７の内周部に外嵌される円筒形状の部材である。また、ハウジング１４には、その内周面の軸方向略中央部に径方向内方に向かって突出する環状凸部１４ａが設けられている。スリーブ１５は、玉軸受１２，１３の内輪１２ｂ，１３ｂの内周部に嵌合する円筒形状の部材であり、内周面には連結ネジ９が螺合する雌ネジ部が形成される。
【００２０】
また、２組の玉軸受１２，１３の外輪１２ａ、１３ａの軸方向両側には、環状封止部材（シール部材またはシールド部材）４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂが取り付けられている。これにより、各玉軸受１２，１３は、玉軸受１２，１３に取り付けられた環状シール体１２ｄ、１３ｄとともに二重シール構造を構成しており、軸受の密封性を高めることができるとともに、軸受空間内に封入されたグリースを漏れ難くしている。また、環状シール体１２ｄ、１３ｄや環状封止部材４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂは、ラビリンス隙間が０より大きく０．０５ｍｍ以下のラビリンスシール構造を構成している。隙間が０以下の場合にはシールトルクが発生してしまい、一方、０．０５ｍｍより大きいと、水や水蒸気が浸入する虞がある。
【００２１】
潤滑剤としては、植物油と流動パラフィンの少なくとも一種類以上からなる基油と金属石けんからなる増ちょう剤とを含有するグリース組成物が軸受に封入されている。また、添加剤として動物油等（例えば合成マッコウ油:巴工業株式会社製NoroilSE）を極性添加剤として加えても良い。
このため、上記ラビリンス隙間によって、シールトルクの発生を防止するとともに、グリースの漏れ、及び外部からの水や水蒸気の混入を防ぎ、グリースの劣化を最小限に抑えられるため長時間安定した潤滑性能を得ることができる。また、仮にグリース組成物が漏れてもその生分解性能により環境に与える影響を最小限とすることが可能である。
なお、防錆油を使用しないために玉軸受１２，１３及び軸受ユニット８の金属材料はステンレス鋼を用いることが好ましい。
また、玉軸受１２，１３は、少なくとも関節部６の軸方向外側において、二重シール構造を有していればよく、軸方向内側の環状封止部材４０ｂ，４１ｂが設けられなくてもよい。
【００２２】
駆動ワイヤ１０は、その先端部がハウジング１４の外周に固定されたワイヤ止め部材１６に係止されているとともに、第２アーム３を構成する大径部３ｂの内部空間を通過し、小径部３ａの内部空間に配置したプーリ１７に係合した後に、第１アーム２の内部空間に延在し、第１アーム２の外部に配置した駆動力伝達装置１１に連結されている。
【００２３】
また、第１アーム２及び第２アーム３を連結している第１関節部５も、詳細には説明しないが、第２アーム３の小径部３ａに形成したユニット装着孔に嵌合する２組の玉軸受１２，１３を内蔵した軸受ユニット１８と、この軸受ユニット１８の回転中心位置に装着され、第１アーム２の一端に形成した連結板２ｃに配設される連結ネジ１９と、軸受ユニット１８の外周に掛け渡され、軸受ユニット１８を介して第２アーム３を連結ネジ１９回りに回動させる駆動ワイヤ２０とを備えており、駆動ワイヤ２０は、前述した駆動力伝達装置１１に連結されている。
【００２４】
ここで、図１に示すマニピュレータ１には、詳細には図示しないが、第１関節部５には、駆動ワイヤ２０の引張力により軸受ユニット１８が回動する方向に対して軸受ユニット１８を逆方向（図１の符号Ｙ１で示す方向）に回動させようとする力を発生させる反力部材（例えばバネ等の弾性部材）が内蔵されているとともに、第２関節部６にも、駆動ワイヤ１０の引張力により軸受ユニット８が回動する方向に対して軸受ユニット８を逆方向（図１の符号Ｙ２で示す方向）に回動させようとする力を発生させる反力部材（例えばバネ等の弾性部材）が内蔵されているものとする。
【００２５】
なお、本発明の基部アームが第１アーム２及び本発明の回動アームが第２アーム３に対応し、または、本発明の基部アームが第２アーム３及び本発明の回動アームが第３アーム４に対応し、本発明の複列の転がり軸受が２組の玉軸受１２，１３に対応し、本発明のマニピュレータ用関節部が第１関節部５または第２関節部６に対応し、本発明の関節軸が連結ネジ９，１９に対応し、本発明の線状部材が駆動ワイヤ１０に対応し、本発明の張力付与装置が駆動力伝達装置１１に対応している。
【００２６】
上記構成のマニピュレータ１は、駆動力伝達装置１１の駆動により駆動ワイヤ２０に引張力を付与すると、軸受ユニット１８の２組の玉軸受１２，１３に支持されたハウジング１４がスムーズに連結ネジ１９回りに回動するので、第２アーム３が、図１に示すＹ１方向に対して逆方向に所定角度まで高精度に回動する。また、駆動力伝達装置１１の駆動により駆動ワイヤ１０に引張力を付与すると、軸受ユニット８の２組の玉軸受１２，１３に支持されたハウジング１４がスムーズに連結ネジ９回りに回動するので、第３アーム４が、図１に示すＹ２方向に対して逆方向に所定角度まで高精度に回動する。また、駆動力伝達装置１１の駆動を解除して駆動ワイヤ２０を所定量だけ戻すと、第２アーム３は反力部材の力によりＹ１方向に所定角度まで回動する。さらに、駆動力伝達装置１１の駆動を解除して駆動ワイヤ１０を所定量だけ戻すと、第２アーム４は反力部材の力によりＹ２方向に所定角度まで回動する。
【００２７】
したがって、本実施形態は、軸受ユニット８，１８に小型の２組の玉軸受１２，１３を配置して第２アーム３及び第３アーム４を回動させることができるので、マニピュレータ用関節部（第１関節部５及び第２関節部６）を小型化することができる。
また、第１関節部５及び第２関節部６は、ユニット化された軸受ユニット１８，８を構成部材としているので、組立てが容易であり、組立てコストの低減化を図ることができる。
【００２８】
また、軸受ユニット８，１８は、単一のハウジング１４と単一のスリーブ１５との間に２組の玉軸受１２，１３が組み込まれた部材であり、マニピュレータ１の組立て作業時には玉軸受１２，１３の難しい取付けが不要となるので、さらに組立てコストの低減化を図ることができる。また、故障時又はメンテナンス時の軸受１２、１３の交換が容易である。
さらに、本実施形態は、軸受ユニット８，１８に掛け渡した駆動ワイヤ１０，２０に駆動力伝達装置１１から引張力が付与されると、連結ネジ９，１９の軸心を回転中心として第２アーム３、第３アーム４がスムーズに回動するので、高精度のマニピュレータ動作を実現することができる。
【００２９】
（第２実施形態のマニピュレータ用関節部）
次に、本発明に係る第２実施形態のマニピュレータ用関節部について、図３を参照して説明する。なお、本実施形態の関節部は、図１で示した第２アーム３の他端部及び第３アーム４の一端部を連結する関節部として使用されるものとして説明する。また、本実施形態の関節部は、図１で示した第１アーム２の一端部及び第２アーム３の一端部を連結する関節部として使用してもよい。
【００３０】
本実施形態の関節部２１は、第３アーム４の一端側に形成したユニット装着孔２２に嵌合する軸受ユニット２３と、この軸受ユニット２３の回転中心Ｐ位置に装着され、第２アーム３の一端に形成した連結板３ｃにねじ固定される連結ネジ２４と、ユニット装着孔２２の開口周縁から環状に突出しているワイヤ係合部２５の外周に掛け渡されており、第３アーム４を連結ネジ２４（回転中心Ｐ）回りに回動させる駆動ワイヤ１０と、第３アーム４を所定角度まで回転させる引張力を駆動ワイヤ１０に伝達する駆動力伝達装置１１（図１参照）と、を備えている。
【００３１】
軸受ユニット２３は、互いに隣接配置した２組の玉軸受２６，２７と、単一のハウジング２８と、単一のスリーブ２９とを一体化した部品である。
２組の玉軸受のうち一方の玉軸受（第１の転がり軸受）２６は、外輪（第１の外輪）２６ａ及び内輪（第１の内輪）２６ｂと、外輪２６ａの軌道溝及び内輪２６ｂの軌道溝間に転動自在に配設された複数の玉（第１の転動体）２６ｃと、外輪２６ａ及び内輪２６ｂの間の軸方向の一方の端部を閉塞する環状シール体２６ｄと、全体が円環状若しくは円筒状をなして複数のポケットを周方向にわたって間欠的に形成し、各ポケット内に玉２６ｃを配置している保持器（第１の保持器）２６ｅとを備えている。また、他方の玉軸受（第２の転がり軸受）２７も、一方の玉軸受２６と同一形状の外輪（第２の外輪）２７ａ及び内輪（第２の内輪）２７ｂと、外輪２７ａの軌道溝及び内輪２７ｂの軌道溝間に転動自在に配設された複数の玉（第２の転動体）２７ｃと、外輪２７ａ及び内輪２７ｂの間の軸方向の一方の端部を閉塞する環状シール体２７ｄと、全体が円環状若しくは円筒状をなして複数のポケットを周方向にわたって間欠的に形成し、各ポケット内に玉２７ｃを配置している保持器（第２の保持器）２７ｅとを備えている。
【００３２】
これら２組の玉軸受２６，２７の保持器２６ｅ，２７ｅの隣接するポケットの間には、所定量の潤滑剤が乗せられている。潤滑剤は、第１実施形態に記載の生分解性グリースに加え、鉱油系グリースや合成油系（例えば、リチウム系、ウレア系等）のグリースや油であり、高温環境用途などではフッ素系グリースまたはフッ素系の油、あるいはフッ素樹脂、ＭｏＳ2 などの固体潤滑剤である。但し、固体潤滑剤は玉２６ｃ，２７ｃや外輪２６ａ，２７ａ、内輪２６ｂ，２７ｂの軌道溝に直接塗布する。
【００３３】
また、ハウジング２８は、２組の玉軸受２６，２７の外輪２６ａ，２７ａを内嵌し、第３アーム４のユニット装着孔２２の内周部に嵌合する円筒形状の部材である。より具体的に、ハウジング２８は、その内部が延出方向に沿って中空を成す円筒状に構成されており、外周面には、軸方向一方側（図４中下側）端部に雄ネジ部２８ｂが形成され、軸方向他方側（図３中上側）端部に外径側に突出する鍔部２８ａが形成される。そして、雄ネジ部２８ｂに六角ナット４０が締め付けられる。
スリーブ２９は、玉軸受２６，２７の内輪２６ｂ，２７ｂの内周部に嵌合する円筒形状の部材であり、連結ネジ２４が挿通する一端側の内周面にはテーパ面２９ａが形成されているとともに、テーパ面２９ａに連続して軸心位置に貫通孔２９ｂが形成されている。
【００３４】
そして、上記構成の軸受ユニット２３を、ワイヤ係合部２５が形成されているユニット装着孔２２の開口部側から挿入し、他方側から六角ナット４０を雄ネジ部２８ｂに締め付けて、ハウジング２８の鍔部２８ａをユニット装着孔２２の開口周縁のワイヤ係合部２５に当接させて軸受ユニット２３に第３アーム４を固定する。続いて、スリーブ２９の貫通孔２９ｂに挿通した連結ネジ２４を連結板３ｃに形成した雌ネジ３ｃ１にねじ込んでいき、連結ネジ２４のテーパ面形状の頭部をスリーブ２９のテーパ面２９ａに当接させることで第２アーム３の連結板３ｃに軸受ユニット２３が固定され、第２アーム３に対し第３アーム４が回動可能に固定される。ここで、軸受ユニット２３及び第２アーム３の連結板３ｃに固定された連結ネジ２４の頂部には、玉軸受２６を閉塞する閉塞板３０が接合されている。
【００３５】
駆動ワイヤ１０は、その先端部がユニット装着孔２２の開口周縁から環状に突出しているワイヤ係合部２５の外周のワイヤ止め部材１６に固定された後に、ワイヤ係合部２５に掛け渡され、図１に示すように、第２アーム３を構成する大径部３ｂの内部空間を通過し、小径部３ａの内部空間に配置したプーリ１７に係合した後に、第１アーム２の内部空間に延在し、第１アーム２の外部に配置した駆動力伝達装置１１に連結されている。
【００３６】
上記構成の関節部２１を使用したマニピュレータ１は、駆動力伝達装置１１の駆動により駆動ワイヤ１０に引張力を付与してワイヤ係合部２５に回転力を伝達すると、軸受ユニット２３の２組の玉軸受２６，２７に支持された外輪ハウジング２８がスムーズに連結ネジ２４回りに回動するので、第３アーム４が、図１に示したＹ２方向に対して逆方向に所定角度まで高精度に回動する。
【００３７】
したがって、本実施形態も、軸受ユニット２３に小型の２組の玉軸受２６，２７を近接して配置して第３アーム４を回動させることができるので、マニピュレータ用の小型の関節部２１を提供することができる。
また、関節部２１は、ユニット化された軸受ユニット２３を構成部材としているので組立てが容易であり、組立てコストの低減化を図ることができる。
【００３８】
また、軸受ユニット２３は、単一の外輪ハウジング２８と単一の軸部材２９との間に２組の玉軸受２６，２７が組み込まれた部材であり、マニピュレータ１の組立て作業時には玉軸受２６，２７の難しい取付けが不要となるので、さらに組立てコストの低減化を図ることができる。
また、本実施形態は、第３アーム４の端部に形成した環状のワイヤ係合部２５に掛け渡した駆動ワイヤ１０に駆動力伝達装置１１から引張力が付与されると、連結ネジ２４の軸心を回転中心として第３アーム４がスムーズに回動するので、高精度のマニピュレータ動作を実現することができる。
【００３９】
さらに、軸受ユニット２３を構成する２組の玉軸受２６，２７の保持器２６ｅ，２７ｅの隣接するポケットの間には所定量の潤滑剤が乗せられており、連結ネジ２４の軸心を回転中心として玉軸受２６，２７が回転する際のトルクが抑制されるので、駆動ワイヤ１０に小さな引張力を付与するだけで関節部２１をスムーズに可動させることができる。
【００４０】
（第３実施形態のマニピュレータ用関節部）
次に、本発明に係る第３実施形態のマニピュレータ用関節部について、図４を参照して説明する。なお、図３で示した構成と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
本実施形態の関節部３１は、第２実施形態のように第３アーム４の一端側（ワイヤ係合部２５）に駆動ワイヤ１０を掛け渡さず、第３アーム４の一端の外周に、連結ネジ２４の軸心（回転中心Ｐ）を中心とした円弧形状に第３アームギヤ３２が形成されている。
また、第２アーム３の他端側には回転モータ３３が配置されており、この回転モータ３３の出力軸３４に同軸に固定したはすば歯車（ヘリカルギヤ）３５が第３アームギヤ３２に噛合している。
【００４２】
なお、本発明の入力ギヤが第３アームギヤ３２に対応し、本発明のはすば歯車３５が出力ギヤに対応している。
上記構成の関節部３１を使用したマニピュレータ１は、回転モータ３３の正逆方向の駆動によりはすば歯車３５が正逆方向に回転すると、このはすば歯車３５に第３アームギヤ３２が噛合している第３アーム４が、図１に示したＹ２方向、或いはＹ２方向に対して逆方向に回動する。
【００４３】
したがって、本実施形態は、第２実施形態と同様の作用・効果を奏することができるとともに、回転モータ３３が正逆方向に駆動すると、はすば歯車３５及び第３アームギヤ３２を介して第３アームギヤ３２が連結ネジ２４の軸心を回転中心としてスムーズに回動するので、高精度のマニピュレータ動作を実現することができる。
【００４４】
（第４実施形態のマニピュレータ用関節部）
次に、本発明に係る第４実施形態のマニピュレータ用関節部について、図５を参照して説明する。なお、図３で示した構成と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
本実施形態の関節部５１では、２つの玉軸受５２，５３が第２アーム（基部アーム）３の一端に形成した連結板３ｃから円筒状に延出する関節軸５４と第３アーム４（回動アーム）の一端側に形成した装着孔２２との間に配置される。関節軸５４内には、連結ネジ５５が挿入され、ナット５６によって玉軸受２６を閉塞する閉塞板３０が接合されている。また、駆動ワイヤ１０は、装着孔２２の開口周縁から環状に突出しているワイヤ係合部２５の外周に掛け渡されており、第３アーム４を連結ネジ５５（回転中心Ｐ）回りに回動させ、駆動力伝達装置１１（図１参照）は、第３アーム４を所定角度まで回転させる引張力を駆動ワイヤ１０に伝達する。
【００４６】
２組の玉軸受のうち一方の玉軸受（第１の転がり軸受）５２は、外輪（第１の外輪）５２ａ及び内輪（第１の内輪）５２ｂと、外輪５２ａの軌道溝及び内輪５２ｂの間に転動自在に配設された複数の玉（第１の転動体）５２ｃと、全体が円環状若しくは円筒状をなして複数のポケットを周方向にわたって間欠的に形成し、各ポケット内に玉５２ｃを配置している保持器（第１の保持器）５２ｅとを備えるアンギュラ玉軸受である。また、他方の玉軸受（第２の転がり軸受）５３も、外輪（第２の外輪）５３ａ及び内輪（第２の内輪）５３ｂと、外輪５３ａの軌道溝及び内輪５３ｂの軌道溝間に転動自在に配設された複数の玉（第２の転動体）５３ｃと、全体が円環状若しくは円筒状をなして複数のポケットを周方向にわたって間欠的に形成し、各ポケット内に玉５３ｃを配置している保持器（第２の保持器）５３ｅとを備えるアンギュラ玉軸受である。両アンギュラ玉軸受５２、５３の接触角は交差する互いに異なる方向を向いている。
【００４７】
外輪５２ａと外輪５３ａは、略等しい外径を有して、隣接して装着孔２２にそれぞれ内嵌される一方、内径は外輪５３ａが外輪５２ａより小さくなるように形成されている。また、外輪５３ａは、内周寄り部分が外輪５２ａと軸方向にオーバーラップするように筒状に延出しており、この延出部分の内周面に軌道溝が形成される。
【００４８】
内輪５３ｂは、関節軸５４に外嵌されており、また、内輪５２ｂは、内輪５３ｂの軌道溝から外れた位置で、内輪５３ｂに内周面全体が取り囲まれるように外嵌されている。また、内輪５２ｂは、内周面の軸方向幅が内輪５３ｂの軸方向幅の略１／３である一方、外周寄り部分が内輪５３ｂと軸方向にオーバーラップするように筒状に延出しており、この延出部分の外周面に軌道溝が形成されている。
【００４９】
第１及び第２の玉軸受５２、５３の玉５２ｃ、５３ｃは、互いに略等しい直径を有し、玉５２ｃは、玉５３ｃよりも径方向外側に配置されており、玉５２ｃのピッチ円と玉５３ｃのピッチ円の直径の差は、玉５２ｃ、５３ｃの直径の略４倍であり、玉５２ｃと玉５３ｃの各中心点は、玉５２ｃ、５３ｃの略半径分だけ軸方向にずれている。
【００５０】
このような構成によれば、負荷容量を大きく減少させることなく薄型化することが可能であるため、性能面、耐久性に影響を及ぼすことなくマニピュレータ用関節部５、６とすることが可能である。
その他の構成及び作用については、上記実施形態と同様である。
【００５１】
なお、本実施形態の変形例として、図６に示すように、上記実施形態の２組の玉軸受５２，５３を２セット並列に並べて、その中間のスペースＳにワイヤを通したり、モータを配置することも可能である。また、図５では、連結板３ｃに関節軸５４が一体に形成されていたが、図６に示すように、関節軸５４は連結板３ｃと別体として、関節軸５４に連結ネジ５５を固定するようにしてもよい。
【００５２】
（第５実施形態のマニピュレータ用関節部）
次に、本発明に係る第５実施形態のマニピュレータ用関節部について、図７を参照して説明する。なお、図３で示した構成と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
本実施形態の関節部６１では、２つの玉軸受６２，６３が第２アーム（基部アーム）３の一端に形成した一対の連結板３ｃに挟持された関節軸６５と第３アーム４（回動アーム）の一端側に形成した装着孔２２との間に配置される。また、駆動ワイヤ１０は、装着孔２２の開口周縁から環状に突出しているワイヤ係合部２５の外周に掛け渡されており、第３アーム４を関節軸６５（回転中心Ｐ）回りに回動させ、駆動力伝達装置１１（図１参照）は、第３アーム４を所定角度まで回転させる引張力を駆動ワイヤ１０に伝達する。
【００５４】
複列玉軸受６２，６３は、各外輪６２ａ、６３ａが装着孔２２に内嵌された単一の外輪部材６４によって構成され、各内輪６２ｂ、６３ｂが関節軸６５によって構成される。従って、一方の玉軸受（第１の転がり軸受）６２は、外輪部材６４によって構成される外輪（第１の外輪）６２ａ及び関節軸６５によって構成される内輪（第１の内輪）６２ｂと、外輪部材６４の軌道溝６２ａ１及び関節軸６５の軌道溝６２ｂ１の間に転動自在に配設された複数の玉（第１の転動体）６２ｃと、外輪６２ａ及び内輪６２ｂの間の軸方向の一方の端部を閉塞する環状シール体６２ｄと、全体が円環状若しくは円筒状をなして複数のポケットを周方向にわたって間欠的に形成し、各ポケット内に玉６２ｃを配置している保持器（第１の保持器）６２ｅとを備える。また、他方の玉軸受（第２の転がり軸受）６３も、外輪部材６４によって構成される外輪（第２の外輪）６３ａ及び関節軸６５によって構成される内輪（第２の内輪）６３ｂと、外輪部材６４の軌道溝６３ａ１及び関節軸６５の軌道溝６３ｂ１間に転動自在に配設された複数の玉（第２の転動体）６３ｃと、外輪６３ａ及び内輪６３ｂの間の軸方向の一方の端部を閉塞する環状シール体６３ｄと、全体が円環状若しくは円筒状をなして複数のポケットを周方向にわたって間欠的に形成し、各ポケット内に玉５３ｃを配置している保持器（第２の保持器）６３ｅとを備える。
【００５５】
従って、複列玉軸受６２，６３の外輪６２ａ，６３ａ及び内輪６２ｂ、６３ｂをそれぞれ一体化すると共に、さらに内輪６２ｂ、６３ｂを関節軸６５によって構成することにより、上記実施形態と同等の負荷容量を保ったまま、複列玉軸受の外径を小さくすることが可能となり、性能、耐久性に影響を与えることなくコンパクトなマニピュレータ用関節部を構成することができる。
その他の構成及び作用については、上記実施形態と同様である。
【００５６】
なお、図８（ａ）に示す変形例のように、複列玉軸受６２，６３は、２つの外輪６２ａ，６３ａを別々に設け、内輪６２ｂ，６３ｂのみ一体化して関節軸６５によって構成するようにしても同様の効果を奏することができる。また、図８（ｂ）に示す他の変形例のように、複列玉軸受６２，６３は、２つの内輪６２ｂ，６３ｂを別々に関節軸６５に外嵌させて設け、外輪６２ａ，６３ａのみ一体化して構成するようにしても同様の効果を奏することができる。
【００５７】
（第６実施形態のマニピュレータ用関節部）
次に、本発明に係る第６実施形態のマニピュレータ用関節部について、図９を参照して説明する。なお、図２で示した構成と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００５８】
本実施形態の関節部７１では、第２アーム（基部アーム）３の一端に形成した一対の連結板３ｃ間に設けられたスリーブ１５と第３アーム４（回動アーム）の一端側に形成した装着孔２２との間には、２つの玉軸受７２，７３に加え、２つの玉軸受７２，７３間に針状ころ軸受が配置されている。また、スリーブ１５と一対の連結板３ｃは、両側から連結ネジ９によって結合されている。また、駆動ワイヤ１０は、装着孔２２の開口周縁から環状に突出しているワイヤ係合部２５の外周に掛け渡されており、第３アーム４を連結ネジ９（回転中心Ｐ）回りに回動させ、駆動力伝達装置１１（図１参照）は、第３アーム４を所定角度まで回転させる引張力を駆動ワイヤ１０に伝達する。
【００５９】
このため、２組の玉軸受のうち一方の玉軸受（第１の転がり軸受）７２は、外輪（第１の外輪）７２ａ及び内輪（第１の内輪）７２ｂと、外輪７２ａの軌道溝及び内輪７２ｂの間に転動自在に配設された複数の玉（第１の転動体）７２ｃと、外輪７２ａ及び内輪７２ｂの間の軸方向の一方の端部を閉塞する環状シール体７２ｄと、全体が円環状若しくは円筒状をなして複数のポケットを周方向にわたって間欠的に形成し、各ポケット内に玉７２ｃを配置している保持器（第１の保持器）７２ｅとを備える。また、他方の玉軸受（第２の転がり軸受）７３も、外輪（第２の外輪）７３ａ及び内輪（第２の内輪）７３ｂと、外輪７３ａの軌道溝及び内輪７３ｂの軌道溝間に転動自在に配設された複数の玉（第２の転動体）７３ｃと、外輪７３ａ及び内輪７３ｂの間の軸方向の一方の端部を閉塞する環状シール体７３ｄと、全体が円環状若しくは円筒状をなして複数のポケットを周方向にわたって間欠的に形成し、各ポケット内に玉７３ｃを配置している保持器（第２の保持器）７３ｅとを備える。また、２組の玉軸受７２、７３の間に配置された針状ころ軸受７４は、外輪（第３の外輪）７４ａ及び内輪（第３の内輪）７４ｂと、外輪７４ａの軌道溝及び内輪７４ｂの間に転動自在に配設された複数の針状ころ（第３の転動体）７４ｃとを備える。
【００６０】
また、外輪７２ａ、７３ａ、７４ａは、装着孔２２にそれぞれ内嵌されており、内輪７２ｂ、７３ｂ、７４ｂは、スリーブ１５に外嵌されている。
【００６１】
このように、針状ころ軸受７４を用いれば、同サイズの玉軸受を使用した場合に比べてラジアル方向の負荷容量を大きくすることが可能であり、また、玉軸受７２，７３と組み合わせることによりアキシアル負荷にも耐えうる構造とすることができる。
これにより、重いものを持ち上げたり、激しく稼動するような用途で使用されるマニピュレータ用関節部においては、運動中に玉軸受７２，７３の負荷容量を越えてしまった場合でも針状ころ軸受７４によって負荷を受けることができるので、揺動性能や耐久性能に影響を生じることがない。この針状ころ軸受を適用する形態は、産業用ロボットアームの関節部にも適用することができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、２組の玉軸受７２，７３と針状ころ軸受７４を有する構成としたが、１つの玉軸受７２と針状ころ軸受７４を有する構成であってもよく、アキシアル負荷を受ける他の転がり軸受と針状ころ軸受７４を有する構成であればよい。
【００６３】
なお、上記各実施形態の関節部で使用した転がり軸受は、外輪、内輪、転動体、保持器等の構成は、上記各態様の実施の形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更可能である。
また、上記各実施形態は、実施可能な範囲において、組み合わせて適用することが可能である。
【００６４】
さらに、第１実施形態においては、シール部材をラビリンスシールとしたが、ユニット駆動用のモータやワイヤ等のパワーが強く、トルクなどが特に問題とならないような用途においては、接触シールを用いることが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１ マニピュレータ
２ 第１アーム（基部アーム）
３ 第２アーム（基部アーム、回動アーム）
４ 第３アーム（回動アーム）
５ 第１関節部（マニピュレータ用関節部）
６ 第２関節部（マニピュレータ用関節部）
８、１８、２３ 軸受ユニット
９、１９、２４ 連結ネジ（関節軸）
１０、２０ 駆動ワイヤ（線状部材）
１１ 駆動力伝達装置（張力付与装置）
１２、１３、２６、２７、５２、５３、６２、６３、７２、７３ 玉軸受（転がり軸受）
１２ａ 、１３ａ、２６ａ、２７ａ、５２ａ、５３ａ、６２ａ、６３ａ、７２ａ、７３ａ 外輪
１２ｂ、１３ｂ、２６ｂ、２７ｂ、５２ｂ、５３ｂ、６２ｂ、６３ｂ、７２ｂ、７３ｂ 内輪
１２ｃ 、１３ｃ、２６ｃ、２７ｃ、５２ｃ、５３ｃ、６２ｃ、６３ｃ、７２ｃ、７３ｃ 玉（転動体）
１４、２８ ハウジング
１５、２９ スリーブ
２６ｅ、２７ｅ 保持器
３２ 第３アームギヤ（入力ギヤ）
３３ 回転モータ
３４ 出力軸
３５ はすば歯車（出力ギヤ）
５４、６５ 関節軸
７４ 針状ころ軸受
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間の指に似た動作を機械的に行うマニピュレータにおいて複数のアームを回動自在に連結するマニピュレータ用関節部に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業機械の加工ライン、組立てライン等では、省力化、自動化のために種々のロボットアームを使用している。
ロボットアームは、複数のアームを関節部を介して連結した装置であり、関節部の構成部材として、複列の転がり軸受を組み込んだ装置が知られている（例えば、特許文献１）。また、パートナーロボットや家事ロボットの腕の指部分の関節にはすべり軸受等が使用されているが，より滑らかな動きや様々な方向からの負荷容量が必要なため，これら関節部分にも転がり軸受が適用されている。
【０００３】
特許文献１の関節部に組み込まれている転がり軸受は、軸受の軸方向断面幅と半径方向断面高さの比を所定値に設定することで内輪及び外輪の厚さ寸法を増大させ、高剛性、高回転精度、低トルク、低発熱を図っている。
【０００４】
また、転がり軸受に適用される、生分解性を有するグリース組成物としては、ポリオールエステルを主成分とするグリース組成物（例えば、特許文献２参照。）や、にはペンタエリスリトールを主成分とするグリース組成物（例えば、特許文献３参照。）、植物油を主成分とするグリース組成物（例えば、特許文献４参照。）が考案されている。
さらに、小型化を図った転がり軸受としては、二つの軸受の配置を工夫したり、外輪や内輪を他の部品と共用化したものが知られている（例えば、特許文献５及び６参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６―３２９４２０号公報
【特許文献２】特開平６−１９８９号公報
【特許文献３】特開平８−２０７８９号公報
【特許文献４】特開２００２−３２３０５３号公報
【特許文献５】特開２００２−１２２１５３号公報
【特許文献６】特開平７−１６７１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ロボットアームのような大型の装置ではなく、人間の指に似た動作を機械的に行うマニピュレータの技術開発も行われており、それらを用いた腕（指）を備えたパートナーロボットや家事ロボットの実現が期待されている。
しかしながら、マニピュレータの関節部には、前述した特許文献１に記載のロボットアーム用転がり軸受を採用することはできない。すなわち、内輪及び外輪の厚さ寸法を増大させる特許文献１の転がり軸受の諸元を適用するとマニピュレータ用の転がり軸受が大型になってしまうので、小型化が必要なマニピュレータ用関節に採用することはできない。
【０００７】
また、特許文献１は、転がり軸受の構成部材である外輪及び内輪が、固定部品（外輪押さえ、内輪押さえ等）を介して関節部に固定されており、固定部品の組み込みに多くの手間と時間を要し、しかも、複列の転がり軸受を組み込まなければならないので、関節部の組立てコストの面で問題がある。
【０００８】
さらに、パートナーロボットや家事ロボットの腕の指部分の関節部分は一つ一つが独立した動きをする必要があるため、その駆動方法は部品内に通したワイヤを利用したり、小型モータを組み込んだりと様々である。そのため、仕様をすべり軸受から転がり軸受に変更する際にはただ軸受部を変更するだけでなく、ワイヤの通す部分やモータ内蔵部分等のスペースを考慮しなければならない。こういった背景により、使用する転がり軸受にはより小型なものが要求されてきている。しかしながら軸受サイズを単純に小さくしてしまうと、ワイヤやモータ等のスペースを確保しやすくなるものの、負荷容量そのものが小さくなってしまうために使用時の性能や耐久性に影響が生じてしまう。
【０００９】
また、今後小型のロボット関節は人間にとってより身近な存在となると考えられており、より人体への安全性や環境面の配慮が必要となる。このため、パートナーロボットや家事ロボットに転がり軸受に使用されるグリースとして、生分解性グリースを使用することが望まれているが、特許文献２，３に記載のグリース組成物は汎用グリースと比較して潤滑性能に劣り、特許文献４に記載のグリースも外部から水滴が入り込んだ場合著しく性能が低下するという問題があった。
また、特許文献５，６では、小型化した転がり軸受についての記載はあるが、ロボットアームについての記載はない。
【００１０】
そこで、本発明は、組立てが容易な転がり軸受を採用することで組立てコストの低減化を図ることができるとともに、高精度のマニピュレータ動作を行うことができる小型のマニピュレータ用関節部を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は以下の構成により達成される。
（１） 基部アーム及び回動アームの端部同士を連結し、前記端部を支点として前記回動アームを回動させるマニピュレータ用関節部であって、
前記基部アームの前記端部に設けられた関節軸と前記回動アームの前記端部に設けられた装着孔との間に配置され、前記回動アームを前記関節軸に対して回転自在に支持する転がり軸受と、
前記回動アームに前記関節軸回りの回動を伝達する駆動機構と、
を有することを特徴とするマニピュレータ用関節部。
（２） 前記転がり軸受の外輪は、前記回動アームの装着孔に内嵌されることを特徴とする（１）に記載のマニピュレータ用関節部。
（３） 前記転がり軸受の内輪は、前記基部アームの関節軸に外嵌されることを特徴とする（１）または（２）に記載のマニピュレータ用関節部。
（４） 前記転がり軸受は、
第１の内輪、第１の外輪、及び前記第１の内輪及び外輪間に転動自在に配置される複数の第１の転動体と、を有する第１の転がり軸受と、
第２の内輪、第２の外輪、及び前記第２の内輪及び外輪間に転動自在に配置される複数の第２の転動体と、を有する第２の転がり軸受と、
を備え、
前記第１の内輪は、前記第２の内輪に内周面全体が取り囲まれるように外嵌され、
前記第１の内輪の内周面の軸方向幅は、前記第２の内輪の軸方向幅の略１／３であることを特徴とする（２）または（３）に記載のマニピュレータ用関節部。
（５） 前記複数の第１及び第２の転動体は、互いに略等しい直径を有する玉であり、
前記複数の第１の転動体は、前記複数の第２の転動体よりも径方向外側に配置されており、
前記複数の第１の転動体のピッチ円と前記複数の第２の転動体のピッチ円の直径の差は、前記玉の直径の略４倍であり、
前記複数の第１の転動体と前記複数の第２の転動体の各中心点は、前記玉の略半径分だけ軸方向にずれていることを特徴とする（４）に記載のマニピュレータ用関節部。
（６） 前記転がり軸受は、
第１の内輪、第１の外輪、及び前記第１の内輪及び外輪間に転動自在に配置される複数の第１の転動体と、を有する第１の転がり軸受と、
第２の内輪、第２の外輪、及び前記第２の内輪及び外輪間に転動自在に配置される複数の第２の転動体と、を有する第２の転がり軸受と、
を備え、前記第１及び第２の内輪と、前記第１及び第２の外輪との少なくとも一方が一体的に形成されることを特徴とする（２）または（３）に記載のマニピュレータ用関節部。
（７） 前記第１及び第２の内輪は、前記関節軸によって構成されることを特徴とする（６）に記載のマニピュレータ用関節部。
（８） 前記転がり軸受は、
内輪、外輪、及び前記内輪及び外輪間に転動自在に配置される複数の針状ころと、を有する針状ころ軸受をさらに有することを特徴とする（２）または（３）に記載のマニピュレータ用関節部。
（９） 前記転がり軸受は、少なくとも前記関節軸の軸方向外側において、二重シール構造を有することを特徴とする（４）から（８）のいずれかに記載のマニピュレータ用関節部。
（１０） 前記転がり軸受に封入される潤滑剤は、基油が植物油及び流動パラフィンから選ばれる１種以上からなり、増ちょう剤が金属石けんからなるグリース組成物であることを特徴とする（１）から（９）のいずれかに記載のマニピュレータ用関節部。
（１１） 前記転がり軸受は、複数のポケットを周方向に形成して該ポケット内で前記転動体を保持する保持器を備え、前記保持器の隣接するポケットの間に所定量の潤滑剤が乗せられて封入されていることを特徴とする（１）から（１０）のいずれかに記載のマニピュレータ用関節部。
（１２） 前記駆動機構は、前記転がり軸受の外周、或いは前記回動アームの前記端部外周に掛け渡した線状部材と、当該線状部材に張力を付与して前記回動アームを前記関節軸回りに回動させる張力付与装置とを備えていることを特徴とする（１）から（１１）のいずれかに記載のマニピュレータ用関節部。
（１３） 前記駆動機構は、前記転がり軸受の外周、或いは前記回動アームの前記端部外周に、前記関節軸の軸心を円弧中心として円弧形状に形成した入力ギヤと、前記基部アームに配置した回転モータと、この回転モータの出力軸に固定されて前記入力ギヤに噛合しており、前記回転モータの正逆方向の回転駆動力を前記入力ギヤに伝達する出力ギヤとを備えていることを特徴とする（１）から（１１）のいずれかに記載のマニピュレータ用関節部。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、基部アームの端部に設けられた関節軸と回動アームの端部に設けられた装着孔との間に配置され、回動アームを関節軸に対して回転自在に支持する転がり軸受と、回動アームに関節軸回りの回動を伝達する駆動機構と、を有するので、マニピュレータ用関節部を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るマニピュレータ用関節部を有するマニピュレータの概略を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態のマニピュレータ用関節部を示す要部断面図である。
【図３】第２実施形態のマニピュレータ用関節部の要部断面図である。
【図４】第３実施形態のマニピュレータ用関節部の要部断面図である。
【図５】第４実施形態のマニピュレータ用関節部の要部断面図である。
【図６】第４実施形態のマニピュレータ用関節部の変形例の要部断面図である。
【図７】第５実施形態のマニピュレータ用関節部の要部断面図である。
【図８】（ａ）は、第５実施形態のマニピュレータ用関節部の変形例の要部断面図であり、（ｂ）は、第５実施形態のマニピュレータ用関節部の他の変形例の要部断面図である。
【図９】第６実施形態のマニピュレータ用関節部の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明のマニピュレータ用関節部の各実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明に係るマニピュレータ用関節部を有するマニピュレータの概略を示す斜視図、図２は第１実施形態のマニピュレータ用関節部を示す要部断面図、図３は第２実施形態のマニピュレータ用関節部の要部断面図、図４は第３実施形態のマニピュレータ用関節部の要部断面図である。
【００１５】
マニピュレータ１は、図１に示すように、中空円筒形状の第１アーム２と、小径部３ａ及び大径部３ｂからなる中空円筒形状の第２アーム３と、一端側を中空円筒形状とし、他端部を球面形状とした中空円筒形状の第３アーム４と、第１アーム２の一端部及び第２アーム３の一端部を連結している第１関節部５と、第２アーム３の他端部及び第３アーム４の一端部を連結している第２関節部６とを備えている。
【００１６】
（第１実施形態のマニピュレータ用関節部）
第２アーム３及び第３アーム４を連結している第２関節部６は、図１及び図２に示すように、第３アーム４の一端に形成した連結板４ｃを貫通するユニット装着孔７に嵌合する軸受ユニット８と、この軸受ユニット８の回転中心Ｐ位置に装着され、第２アーム３の一端に形成した連結板３ｃに配設される連結ネジ９と、軸受ユニット８の外周に掛け渡されており、軸受ユニット８を介して第３アーム４を連結ネジ９（回転中心Ｐ）回りに回動させる駆動ワイヤ１０と、軸受ユニット８を所定角度まで回転させる引張力を駆動ワイヤ１０に伝達する駆動力伝達装置１１と、を備えている。
【００１７】
ユニット装着孔７は、第３アーム４の長手方向に対して直交する方向に円形に開口して形成されている。軸受ユニット８は、２組の玉軸受１２，１３と、単一のハウジング１４と、単一のスリーブ１５とを一体化した部品である。
２組の玉軸受のうち一方の玉軸受（第１の転がり軸受）１２は、外輪（第１の外輪）１２ａ及び内輪（第１の内輪）１２ｂと、外輪１２ａの軌道溝及び内輪１２ｂの軌道溝間に転動自在に配設された複数の玉（第１の転動体）１２ｃと、外輪１２ａ及び内輪１２ｂの間の軸方向の両端部を閉塞する環状シール体１２ｄとを備えている。また、他方の玉軸受（第２の転がり軸受）１３も、一方の玉軸受１２と同一形状の外輪（第２の外輪）１３ａ及び内輪（第２の内輪）１３ｂと、外輪１３ａの軌道溝及び内輪１３ｂの軌道溝間に転動自在に配設された複数の玉（第２の転動体）１３ｃと、外輪１３ａ及び内輪１３ｂの間の軸方向の両端部を閉塞する環状シール体１３ｄとを備えている。
【００１８】
外輪１２ａ，１３ａ、内輪１２ｂ，１３ｂ及び玉１２ｃ，１３ｃの材料は、標準的な使用条件では軸受鋼（例えば、ＳＵＪ２、ＳＵＪ３など）とするが、使用環境に応じて、耐食材料であるステンレス系材料（例えば、ＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼材やＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼材、ＳＵＳ６３０等の析出硬化系ステンレス鋼材など）、チタン合金やセラミック系材料（例えば、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＳｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3、ＺｒＯ2 等）を採用してもよい。
【００１９】
ハウジング１４は、２組の玉軸受１２，１３の外輪１２ａ，１３ａを内嵌し、第３アーム４のユニット装着孔７の内周部に外嵌される円筒形状の部材である。また、ハウジング１４には、その内周面の軸方向略中央部に径方向内方に向かって突出する環状凸部１４ａが設けられている。スリーブ１５は、玉軸受１２，１３の内輪１２ｂ，１３ｂの内周部に嵌合する円筒形状の部材であり、内周面には連結ネジ９が螺合する雌ネジ部が形成される。
【００２０】
また、２組の玉軸受１２，１３の外輪１２ａ、１３ａの軸方向両側には、環状封止部材（シール部材またはシールド部材）４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂが取り付けられている。これにより、各玉軸受１２，１３は、玉軸受１２，１３に取り付けられた環状シール体１２ｄ、１３ｄとともに二重シール構造を構成しており、軸受の密封性を高めることができるとともに、軸受空間内に封入されたグリースを漏れ難くしている。また、環状シール体１２ｄ、１３ｄや環状封止部材４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂは、ラビリンス隙間が０より大きく０．０５ｍｍ以下のラビリンスシール構造を構成している。隙間が０以下の場合にはシールトルクが発生してしまい、一方、０．０５ｍｍより大きいと、水や水蒸気が浸入する虞がある。
【００２１】
潤滑剤としては、植物油と流動パラフィンの少なくとも一種類以上からなる基油と金属石けんからなる増ちょう剤とを含有するグリース組成物が軸受に封入されている。また、添加剤として動物油等（例えば合成マッコウ油:巴工業株式会社製NoroilSE）を極性添加剤として加えても良い。
このため、上記ラビリンス隙間によって、シールトルクの発生を防止するとともに、グリースの漏れ、及び外部からの水や水蒸気の混入を防ぎ、グリースの劣化を最小限に抑えられるため長時間安定した潤滑性能を得ることができる。また、仮にグリース組成物が漏れてもその生分解性能により環境に与える影響を最小限とすることが可能である。
なお、防錆油を使用しないために玉軸受１２，１３及び軸受ユニット８の金属材料はステンレス鋼を用いることが好ましい。
また、玉軸受１２，１３は、少なくとも関節部６の軸方向外側において、二重シール構造を有していればよく、軸方向内側の環状封止部材４０ｂ，４１ｂが設けられなくてもよい。
【００２２】
駆動ワイヤ１０は、その先端部がハウジング１４の外周に固定されたワイヤ止め部材１６に係止されているとともに、第２アーム３を構成する大径部３ｂの内部空間を通過し、小径部３ａの内部空間に配置したプーリ１７に係合した後に、第１アーム２の内部空間に延在し、第１アーム２の外部に配置した駆動力伝達装置１１に連結されている。
【００２３】
また、第１アーム２及び第２アーム３を連結している第１関節部５も、詳細には説明しないが、第２アーム３の小径部３ａに形成したユニット装着孔に嵌合する２組の玉軸受１２，１３を内蔵した軸受ユニット１８と、この軸受ユニット１８の回転中心位置に装着され、第１アーム２の一端に形成した連結板２ｃに配設される連結ネジ１９と、軸受ユニット１８の外周に掛け渡され、軸受ユニット１８を介して第２アーム３を連結ネジ１９回りに回動させる駆動ワイヤ２０とを備えており、駆動ワイヤ２０は、前述した駆動力伝達装置１１に連結されている。
【００２４】
ここで、図１に示すマニピュレータ１には、詳細には図示しないが、第１関節部５には、駆動ワイヤ２０の引張力により軸受ユニット１８が回動する方向に対して軸受ユニット１８を逆方向（図１の符号Ｙ１で示す方向）に回動させようとする力を発生させる反力部材（例えばバネ等の弾性部材）が内蔵されているとともに、第２関節部６にも、駆動ワイヤ１０の引張力により軸受ユニット８が回動する方向に対して軸受ユニット８を逆方向（図１の符号Ｙ２で示す方向）に回動させようとする力を発生させる反力部材（例えばバネ等の弾性部材）が内蔵されているものとする。
【００２５】
なお、本発明の基部アームが第１アーム２及び本発明の回動アームが第２アーム３に対応し、または、本発明の基部アームが第２アーム３及び本発明の回動アームが第３アーム４に対応し、本発明の複列の転がり軸受が２組の玉軸受１２，１３に対応し、本発明のマニピュレータ用関節部が第１関節部５または第２関節部６に対応し、本発明の関節軸が連結ネジ９，１９に対応し、本発明の線状部材が駆動ワイヤ１０に対応し、本発明の張力付与装置が駆動力伝達装置１１に対応している。
【００２６】
上記構成のマニピュレータ１は、駆動力伝達装置１１の駆動により駆動ワイヤ２０に引張力を付与すると、軸受ユニット１８の２組の玉軸受１２，１３に支持されたハウジング１４がスムーズに連結ネジ１９回りに回動するので、第２アーム３が、図１に示すＹ１方向に対して逆方向に所定角度まで高精度に回動する。また、駆動力伝達装置１１の駆動により駆動ワイヤ１０に引張力を付与すると、軸受ユニット８の２組の玉軸受１２，１３に支持されたハウジング１４がスムーズに連結ネジ９回りに回動するので、第３アーム４が、図１に示すＹ２方向に対して逆方向に所定角度まで高精度に回動する。また、駆動力伝達装置１１の駆動を解除して駆動ワイヤ２０を所定量だけ戻すと、第２アーム３は反力部材の力によりＹ１方向に所定角度まで回動する。さらに、駆動力伝達装置１１の駆動を解除して駆動ワイヤ１０を所定量だけ戻すと、第２アーム４は反力部材の力によりＹ２方向に所定角度まで回動する。
【００２７】
したがって、本実施形態は、軸受ユニット８，１８に小型の２組の玉軸受１２，１３を配置して第２アーム３及び第３アーム４を回動させることができるので、マニピュレータ用関節部（第１関節部５及び第２関節部６）を小型化することができる。
また、第１関節部５及び第２関節部６は、ユニット化された軸受ユニット１８，８を構成部材としているので、組立てが容易であり、組立てコストの低減化を図ることができる。
【００２８】
また、軸受ユニット８，１８は、単一のハウジング１４と単一のスリーブ１５との間に２組の玉軸受１２，１３が組み込まれた部材であり、マニピュレータ１の組立て作業時には玉軸受１２，１３の難しい取付けが不要となるので、さらに組立てコストの低減化を図ることができる。また、故障時又はメンテナンス時の軸受１２、１３の交換が容易である。
さらに、本実施形態は、軸受ユニット８，１８に掛け渡した駆動ワイヤ１０，２０に駆動力伝達装置１１から引張力が付与されると、連結ネジ９，１９の軸心を回転中心として第２アーム３、第３アーム４がスムーズに回動するので、高精度のマニピュレータ動作を実現することができる。
【００２９】
（第２実施形態のマニピュレータ用関節部）
次に、本発明に係る第２実施形態のマニピュレータ用関節部について、図３を参照して説明する。なお、本実施形態の関節部は、図１で示した第２アーム３の他端部及び第３アーム４の一端部を連結する関節部として使用されるものとして説明する。また、本実施形態の関節部は、図１で示した第１アーム２の一端部及び第２アーム３の一端部を連結する関節部として使用してもよい。
【００３０】
本実施形態の関節部２１は、第３アーム４の一端側に形成したユニット装着孔２２に嵌合する軸受ユニット２３と、この軸受ユニット２３の回転中心Ｐ位置に装着され、第２アーム３の一端に形成した連結板３ｃにねじ固定される連結ネジ２４と、ユニット装着孔２２の開口周縁から環状に突出しているワイヤ係合部２５の外周に掛け渡されており、第３アーム４を連結ネジ２４（回転中心Ｐ）回りに回動させる駆動ワイヤ１０と、第３アーム４を所定角度まで回転させる引張力を駆動ワイヤ１０に伝達する駆動力伝達装置１１（図１参照）と、を備えている。
【００３１】
軸受ユニット２３は、互いに隣接配置した２組の玉軸受２６，２７と、単一のハウジング２８と、単一のスリーブ２９とを一体化した部品である。
２組の玉軸受のうち一方の玉軸受（第１の転がり軸受）２６は、外輪（第１の外輪）２６ａ及び内輪（第１の内輪）２６ｂと、外輪２６ａの軌道溝及び内輪２６ｂの軌道溝間に転動自在に配設された複数の玉（第１の転動体）２６ｃと、外輪２６ａ及び内輪２６ｂの間の軸方向の一方の端部を閉塞する環状シール体２６ｄと、全体が円環状若しくは円筒状をなして複数のポケットを周方向にわたって間欠的に形成し、各ポケット内に玉２６ｃを配置している保持器（第１の保持器）２６ｅとを備えている。また、他方の玉軸受（第２の転がり軸受）２７も、一方の玉軸受２６と同一形状の外輪（第２の外輪）２７ａ及び内輪（第２の内輪）２７ｂと、外輪２７ａの軌道溝及び内輪２７ｂの軌道溝間に転動自在に配設された複数の玉（第２の転動体）２７ｃと、外輪２７ａ及び内輪２７ｂの間の軸方向の一方の端部を閉塞する環状シール体２７ｄと、全体が円環状若しくは円筒状をなして複数のポケットを周方向にわたって間欠的に形成し、各ポケット内に玉２７ｃを配置している保持器（第２の保持器）２７ｅとを備えている。
【００３２】
これら２組の玉軸受２６，２７の保持器２６ｅ，２７ｅの隣接するポケットの間には、所定量の潤滑剤が乗せられている。潤滑剤は、第１実施形態に記載の生分解性グリースに加え、鉱油系グリースや合成油系（例えば、リチウム系、ウレア系等）のグリースや油であり、高温環境用途などではフッ素系グリースまたはフッ素系の油、あるいはフッ素樹脂、ＭｏＳ2 などの固体潤滑剤である。但し、固体潤滑剤は玉２６ｃ，２７ｃや外輪２６ａ，２７ａ、内輪２６ｂ，２７ｂの軌道溝に直接塗布する。
【００３３】
また、ハウジング２８は、２組の玉軸受２６，２７の外輪２６ａ，２７ａを内嵌し、第３アーム４のユニット装着孔２２の内周部に嵌合する円筒形状の部材である。より具体的に、ハウジング２８は、その内部が延出方向に沿って中空を成す円筒状に構成されており、外周面には、軸方向一方側（図４中下側）端部に雄ネジ部２８ｂが形成され、軸方向他方側（図３中上側）端部に外径側に突出する鍔部２８ａが形成される。そして、雄ネジ部２８ｂに六角ナット４０が締め付けられる。
スリーブ２９は、玉軸受２６，２７の内輪２６ｂ，２７ｂの内周部に嵌合する円筒形状の部材であり、連結ネジ２４が挿通する一端側の内周面にはテーパ面２９ａが形成されているとともに、テーパ面２９ａに連続して軸心位置に貫通孔２９ｂが形成されている。
【００３４】
そして、上記構成の軸受ユニット２３を、ワイヤ係合部２５が形成されているユニット装着孔２２の開口部側から挿入し、他方側から六角ナット４０を雄ネジ部２８ｂに締め付けて、ハウジング２８の鍔部２８ａをユニット装着孔２２の開口周縁のワイヤ係合部２５に当接させて軸受ユニット２３に第３アーム４を固定する。続いて、スリーブ２９の貫通孔２９ｂに挿通した連結ネジ２４を連結板３ｃに形成した雌ネジ３ｃ１にねじ込んでいき、連結ネジ２４のテーパ面形状の頭部をスリーブ２９のテーパ面２９ａに当接させることで第２アーム３の連結板３ｃに軸受ユニット２３が固定され、第２アーム３に対し第３アーム４が回動可能に固定される。ここで、軸受ユニット２３及び第２アーム３の連結板３ｃに固定された連結ネジ２４の頂部には、玉軸受２６を閉塞する閉塞板３０が接合されている。
【００３５】
駆動ワイヤ１０は、その先端部がユニット装着孔２２の開口周縁から環状に突出しているワイヤ係合部２５の外周のワイヤ止め部材１６に固定された後に、ワイヤ係合部２５に掛け渡され、図１に示すように、第２アーム３を構成する大径部３ｂの内部空間を通過し、小径部３ａの内部空間に配置したプーリ１７に係合した後に、第１アーム２の内部空間に延在し、第１アーム２の外部に配置した駆動力伝達装置１１に連結されている。
【００３６】
上記構成の関節部２１を使用したマニピュレータ１は、駆動力伝達装置１１の駆動により駆動ワイヤ１０に引張力を付与してワイヤ係合部２５に回転力を伝達すると、軸受ユニット２３の２組の玉軸受２６，２７に支持された外輪ハウジング２８がスムーズに連結ネジ２４回りに回動するので、第３アーム４が、図１に示したＹ２方向に対して逆方向に所定角度まで高精度に回動する。
【００３７】
したがって、本実施形態も、軸受ユニット２３に小型の２組の玉軸受２６，２７を近接して配置して第３アーム４を回動させることができるので、マニピュレータ用の小型の関節部２１を提供することができる。
また、関節部２１は、ユニット化された軸受ユニット２３を構成部材としているので組立てが容易であり、組立てコストの低減化を図ることができる。
【００３８】
また、軸受ユニット２３は、単一の外輪ハウジング２８と単一の軸部材２９との間に２組の玉軸受２６，２７が組み込まれた部材であり、マニピュレータ１の組立て作業時には玉軸受２６，２７の難しい取付けが不要となるので、さらに組立てコストの低減化を図ることができる。
また、本実施形態は、第３アーム４の端部に形成した環状のワイヤ係合部２５に掛け渡した駆動ワイヤ１０に駆動力伝達装置１１から引張力が付与されると、連結ネジ２４の軸心を回転中心として第３アーム４がスムーズに回動するので、高精度のマニピュレータ動作を実現することができる。
【００３９】
さらに、軸受ユニット２３を構成する２組の玉軸受２６，２７の保持器２６ｅ，２７ｅの隣接するポケットの間には所定量の潤滑剤が乗せられており、連結ネジ２４の軸心を回転中心として玉軸受２６，２７が回転する際のトルクが抑制されるので、駆動ワイヤ１０に小さな引張力を付与するだけで関節部２１をスムーズに可動させることができる。
【００４０】
（第３実施形態のマニピュレータ用関節部）
次に、本発明に係る第３実施形態のマニピュレータ用関節部について、図４を参照して説明する。なお、図３で示した構成と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
本実施形態の関節部３１は、第２実施形態のように第３アーム４の一端側（ワイヤ係合部２５）に駆動ワイヤ１０を掛け渡さず、第３アーム４の一端の外周に、連結ネジ２４の軸心（回転中心Ｐ）を中心とした円弧形状に第３アームギヤ３２が形成されている。
また、第２アーム３の他端側には回転モータ３３が配置されており、この回転モータ３３の出力軸３４に同軸に固定したはすば歯車（ヘリカルギヤ）３５が第３アームギヤ３２に噛合している。
【００４２】
なお、本発明の入力ギヤが第３アームギヤ３２に対応し、本発明のはすば歯車３５が出力ギヤに対応している。
上記構成の関節部３１を使用したマニピュレータ１は、回転モータ３３の正逆方向の駆動によりはすば歯車３５が正逆方向に回転すると、このはすば歯車３５に第３アームギヤ３２が噛合している第３アーム４が、図１に示したＹ２方向、或いはＹ２方向に対して逆方向に回動する。
【００４３】
したがって、本実施形態は、第２実施形態と同様の作用・効果を奏することができるとともに、回転モータ３３が正逆方向に駆動すると、はすば歯車３５及び第３アームギヤ３２を介して第３アームギヤ３２が連結ネジ２４の軸心を回転中心としてスムーズに回動するので、高精度のマニピュレータ動作を実現することができる。
【００４４】
（第４実施形態のマニピュレータ用関節部）
次に、本発明に係る第４実施形態のマニピュレータ用関節部について、図５を参照して説明する。なお、図３で示した構成と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
本実施形態の関節部５１では、２つの玉軸受５２，５３が第２アーム（基部アーム）３の一端に形成した連結板３ｃから円筒状に延出する関節軸５４と第３アーム４（回動アーム）の一端側に形成した装着孔２２との間に配置される。関節軸５４内には、連結ネジ５５が挿入され、ナット５６によって玉軸受２６を閉塞する閉塞板３０が接合されている。また、駆動ワイヤ１０は、装着孔２２の開口周縁から環状に突出しているワイヤ係合部２５の外周に掛け渡されており、第３アーム４を連結ネジ５５（回転中心Ｐ）回りに回動させ、駆動力伝達装置１１（図１参照）は、第３アーム４を所定角度まで回転させる引張力を駆動ワイヤ１０に伝達する。
【００４６】
２組の玉軸受のうち一方の玉軸受（第１の転がり軸受）５２は、外輪（第１の外輪）５２ａ及び内輪（第１の内輪）５２ｂと、外輪５２ａの軌道溝及び内輪５２ｂの間に転動自在に配設された複数の玉（第１の転動体）５２ｃと、全体が円環状若しくは円筒状をなして複数のポケットを周方向にわたって間欠的に形成し、各ポケット内に玉５２ｃを配置している保持器（第１の保持器）５２ｅとを備えるアンギュラ玉軸受である。また、他方の玉軸受（第２の転がり軸受）５３も、外輪（第２の外輪）５３ａ及び内輪（第２の内輪）５３ｂと、外輪５３ａの軌道溝及び内輪５３ｂの軌道溝間に転動自在に配設された複数の玉（第２の転動体）５３ｃと、全体が円環状若しくは円筒状をなして複数のポケットを周方向にわたって間欠的に形成し、各ポケット内に玉５３ｃを配置している保持器（第２の保持器）５３ｅとを備えるアンギュラ玉軸受である。両アンギュラ玉軸受５２、５３の接触角は交差する互いに異なる方向を向いている。
【００４７】
外輪５２ａと外輪５３ａは、略等しい外径を有して、隣接して装着孔２２にそれぞれ内嵌される一方、内径は外輪５３ａが外輪５２ａより小さくなるように形成されている。また、外輪５３ａは、内周寄り部分が外輪５２ａと軸方向にオーバーラップするように筒状に延出しており、この延出部分の内周面に軌道溝が形成される。
【００４８】
内輪５３ｂは、関節軸５４に外嵌されており、また、内輪５２ｂは、内輪５３ｂの軌道溝から外れた位置で、内輪５３ｂに内周面全体が取り囲まれるように外嵌されている。また、内輪５２ｂは、内周面の軸方向幅が内輪５３ｂの軸方向幅の略１／３である一方、外周寄り部分が内輪５３ｂと軸方向にオーバーラップするように筒状に延出しており、この延出部分の外周面に軌道溝が形成されている。
【００４９】
第１及び第２の玉軸受５２、５３の玉５２ｃ、５３ｃは、互いに略等しい直径を有し、玉５２ｃは、玉５３ｃよりも径方向外側に配置されており、玉５２ｃのピッチ円と玉５３ｃのピッチ円の直径の差は、玉５２ｃ、５３ｃの直径の略４倍であり、玉５２ｃと玉５３ｃの各中心点は、玉５２ｃ、５３ｃの略半径分だけ軸方向にずれている。
【００５０】
このような構成によれば、負荷容量を大きく減少させることなく薄型化することが可能であるため、性能面、耐久性に影響を及ぼすことなくマニピュレータ用関節部５、６とすることが可能である。
その他の構成及び作用については、上記実施形態と同様である。
【００５１】
なお、本実施形態の変形例として、図６に示すように、上記実施形態の２組の玉軸受５２，５３を２セット並列に並べて、その中間のスペースＳにワイヤを通したり、モータを配置することも可能である。また、図５では、連結板３ｃに関節軸５４が一体に形成されていたが、図６に示すように、関節軸５４は連結板３ｃと別体として、関節軸５４に連結ネジ５５を固定するようにしてもよい。
【００５２】
（第５実施形態のマニピュレータ用関節部）
次に、本発明に係る第５実施形態のマニピュレータ用関節部について、図７を参照して説明する。なお、図３で示した構成と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
本実施形態の関節部６１では、２つの玉軸受６２，６３が第２アーム（基部アーム）３の一端に形成した一対の連結板３ｃに挟持された関節軸６５と第３アーム４（回動アーム）の一端側に形成した装着孔２２との間に配置される。また、駆動ワイヤ１０は、装着孔２２の開口周縁から環状に突出しているワイヤ係合部２５の外周に掛け渡されており、第３アーム４を関節軸６５（回転中心Ｐ）回りに回動させ、駆動力伝達装置１１（図１参照）は、第３アーム４を所定角度まで回転させる引張力を駆動ワイヤ１０に伝達する。
【００５４】
複列玉軸受６２，６３は、各外輪６２ａ、６３ａが装着孔２２に内嵌された単一の外輪部材６４によって構成され、各内輪６２ｂ、６３ｂが関節軸６５によって構成される。従って、一方の玉軸受（第１の転がり軸受）６２は、外輪部材６４によって構成される外輪（第１の外輪）６２ａ及び関節軸６５によって構成される内輪（第１の内輪）６２ｂと、外輪部材６４の軌道溝６２ａ１及び関節軸６５の軌道溝６２ｂ１の間に転動自在に配設された複数の玉（第１の転動体）６２ｃと、外輪６２ａ及び内輪６２ｂの間の軸方向の一方の端部を閉塞する環状シール体６２ｄと、全体が円環状若しくは円筒状をなして複数のポケットを周方向にわたって間欠的に形成し、各ポケット内に玉６２ｃを配置している保持器（第１の保持器）６２ｅとを備える。また、他方の玉軸受（第２の転がり軸受）６３も、外輪部材６４によって構成される外輪（第２の外輪）６３ａ及び関節軸６５によって構成される内輪（第２の内輪）６３ｂと、外輪部材６４の軌道溝６３ａ１及び関節軸６５の軌道溝６３ｂ１間に転動自在に配設された複数の玉（第２の転動体）６３ｃと、外輪６３ａ及び内輪６３ｂの間の軸方向の一方の端部を閉塞する環状シール体６３ｄと、全体が円環状若しくは円筒状をなして複数のポケットを周方向にわたって間欠的に形成し、各ポケット内に玉５３ｃを配置している保持器（第２の保持器）６３ｅとを備える。
【００５５】
従って、複列玉軸受６２，６３の外輪６２ａ，６３ａ及び内輪６２ｂ、６３ｂをそれぞれ一体化すると共に、さらに内輪６２ｂ、６３ｂを関節軸６５によって構成することにより、上記実施形態と同等の負荷容量を保ったまま、複列玉軸受の外径を小さくすることが可能となり、性能、耐久性に影響を与えることなくコンパクトなマニピュレータ用関節部を構成することができる。
その他の構成及び作用については、上記実施形態と同様である。
【００５６】
なお、図８（ａ）に示す変形例のように、複列玉軸受６２，６３は、２つの外輪６２ａ，６３ａを別々に設け、内輪６２ｂ，６３ｂのみ一体化して関節軸６５によって構成するようにしても同様の効果を奏することができる。また、図８（ｂ）に示す他の変形例のように、複列玉軸受６２，６３は、２つの内輪６２ｂ，６３ｂを別々に関節軸６５に外嵌させて設け、外輪６２ａ，６３ａのみ一体化して構成するようにしても同様の効果を奏することができる。
【００５７】
（第６実施形態のマニピュレータ用関節部）
次に、本発明に係る第６実施形態のマニピュレータ用関節部について、図９を参照して説明する。なお、図２で示した構成と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００５８】
本実施形態の関節部７１では、第２アーム（基部アーム）３の一端に形成した一対の連結板３ｃ間に設けられたスリーブ１５と第３アーム４（回動アーム）の一端側に形成した装着孔２２との間には、２つの玉軸受７２，７３に加え、２つの玉軸受７２，７３間に針状ころ軸受が配置されている。また、スリーブ１５と一対の連結板３ｃは、両側から連結ネジ９によって結合されている。また、駆動ワイヤ１０は、装着孔２２の開口周縁から環状に突出しているワイヤ係合部２５の外周に掛け渡されており、第３アーム４を連結ネジ９（回転中心Ｐ）回りに回動させ、駆動力伝達装置１１（図１参照）は、第３アーム４を所定角度まで回転させる引張力を駆動ワイヤ１０に伝達する。
【００５９】
このため、２組の玉軸受のうち一方の玉軸受（第１の転がり軸受）７２は、外輪（第１の外輪）７２ａ及び内輪（第１の内輪）７２ｂと、外輪７２ａの軌道溝及び内輪７２ｂの間に転動自在に配設された複数の玉（第１の転動体）７２ｃと、外輪７２ａ及び内輪７２ｂの間の軸方向の一方の端部を閉塞する環状シール体７２ｄと、全体が円環状若しくは円筒状をなして複数のポケットを周方向にわたって間欠的に形成し、各ポケット内に玉７２ｃを配置している保持器（第１の保持器）７２ｅとを備える。また、他方の玉軸受（第２の転がり軸受）７３も、外輪（第２の外輪）７３ａ及び内輪（第２の内輪）７３ｂと、外輪７３ａの軌道溝及び内輪７３ｂの軌道溝間に転動自在に配設された複数の玉（第２の転動体）７３ｃと、外輪７３ａ及び内輪７３ｂの間の軸方向の一方の端部を閉塞する環状シール体７３ｄと、全体が円環状若しくは円筒状をなして複数のポケットを周方向にわたって間欠的に形成し、各ポケット内に玉７３ｃを配置している保持器（第２の保持器）７３ｅとを備える。また、２組の玉軸受７２、７３の間に配置された針状ころ軸受７４は、外輪（第３の外輪）７４ａ及び内輪（第３の内輪）７４ｂと、外輪７４ａの軌道溝及び内輪７４ｂの間に転動自在に配設された複数の針状ころ（第３の転動体）７４ｃとを備える。
【００６０】
また、外輪７２ａ、７３ａ、７４ａは、装着孔２２にそれぞれ内嵌されており、内輪７２ｂ、７３ｂ、７４ｂは、スリーブ１５に外嵌されている。
【００６１】
このように、針状ころ軸受７４を用いれば、同サイズの玉軸受を使用した場合に比べてラジアル方向の負荷容量を大きくすることが可能であり、また、玉軸受７２，７３と組み合わせることによりアキシアル負荷にも耐えうる構造とすることができる。
これにより、重いものを持ち上げたり、激しく稼動するような用途で使用されるマニピュレータ用関節部においては、運動中に玉軸受７２，７３の負荷容量を越えてしまった場合でも針状ころ軸受７４によって負荷を受けることができるので、揺動性能や耐久性能に影響を生じることがない。この針状ころ軸受を適用する形態は、産業用ロボットアームの関節部にも適用することができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、２組の玉軸受７２，７３と針状ころ軸受７４を有する構成としたが、１つの玉軸受７２と針状ころ軸受７４を有する構成であってもよく、アキシアル負荷を受ける他の転がり軸受と針状ころ軸受７４を有する構成であればよい。
【００６３】
なお、上記各実施形態の関節部で使用した転がり軸受は、外輪、内輪、転動体、保持器等の構成は、上記各態様の実施の形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更可能である。
また、上記各実施形態は、実施可能な範囲において、組み合わせて適用することが可能である。
【００６４】
さらに、第１実施形態においては、シール部材をラビリンスシールとしたが、ユニット駆動用のモータやワイヤ等のパワーが強く、トルクなどが特に問題とならないような用途においては、接触シールを用いることが可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１ マニピュレータ
２ 第１アーム（基部アーム）
３ 第２アーム（基部アーム、回動アーム）
４ 第３アーム（回動アーム）
５ 第１関節部（マニピュレータ用関節部）
６ 第２関節部（マニピュレータ用関節部）
８、１８、２３ 軸受ユニット
９、１９、２４ 連結ネジ（関節軸）
１０、２０ 駆動ワイヤ（線状部材）
１１ 駆動力伝達装置（張力付与装置）
１２、１３、２６、２７、５２、５３、６２、６３、７２、７３ 玉軸受（転がり軸受）
１２ａ 、１３ａ、２６ａ、２７ａ、５２ａ、５３ａ、６２ａ、６３ａ、７２ａ、７３ａ 外輪
１２ｂ、１３ｂ、２６ｂ、２７ｂ、５２ｂ、５３ｂ、６２ｂ、６３ｂ、７２ｂ、７３ｂ 内輪
１２ｃ 、１３ｃ、２６ｃ、２７ｃ、５２ｃ、５３ｃ、６２ｃ、６３ｃ、７２ｃ、７３ｃ 玉（転動体）
１４、２８ ハウジング
１５、２９ スリーブ
２６ｅ、２７ｅ 保持器
３２ 第３アームギヤ（入力ギヤ）
３３ 回転モータ
３４ 出力軸
３５ はすば歯車（出力ギヤ）
５４、６５ 関節軸
７４ 針状ころ軸受
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部アーム及び回動アームの端部同士を連結し、前記端部を支点として前記回動アームを回動させるマニピュレータ用関節部であって、
前記基部アームの前記端部に設けられた関節軸と前記回動アームの前記端部に設けられた装着孔との間に配置され、前記回動アームを前記関節軸に対して回転自在に支持する転がり軸受と、
前記回動アームに前記関節軸回りの回動を伝達する駆動機構と、
を有することを特徴とするマニピュレータ用関節部。
【請求項２】
前記転がり軸受の外輪は、前記回動アームの装着孔に内嵌されることを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項３】
前記転がり軸受の内輪は、前記基部アームの関節軸に外嵌されることを特徴とする請求項１または２に記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項４】
前記転がり軸受は、
第１の内輪、第１の外輪、及び前記第１の内輪及び外輪間に転動自在に配置される複数の第１の転動体と、を有する第１の転がり軸受と、
第２の内輪、第２の外輪、及び前記第２の内輪及び外輪間に転動自在に配置される複数の第２の転動体と、を有する第２の転がり軸受と、
を備え、
前記第１の内輪は、前記第２の内輪に内周面全体が取り囲まれるように外嵌され、
前記第１の内輪の内周面の軸方向幅は、前記第２の内輪の軸方向幅の略１／３であることを特徴とする請求項２または３に記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項５】
前記複数の第１及び第２の転動体は、互いに略等しい直径を有する玉であり、
前記複数の第１の転動体は、前記複数の第２の転動体よりも径方向外側に配置されており、
前記複数の第１の転動体のピッチ円と前記複数の第２の転動体のピッチ円の直径の差は、前記玉の直径の略４倍であり、
前記複数の第１の転動体と前記複数の第２の転動体の各中心点は、前記玉の略半径分だけ軸方向にずれていることを特徴とする請求項４に記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項６】
前記転がり軸受は、
第１の内輪、第１の外輪、及び前記第１の内輪及び外輪間に転動自在に配置される複数の第１の転動体と、を有する第１の転がり軸受と、
第２の内輪、第２の外輪、及び前記第２の内輪及び外輪間に転動自在に配置される複数の第２の転動体と、を有する第２の転がり軸受と、
を備え、前記第１及び第２の内輪と、前記第１及び第２の外輪との少なくとも一方が一体的に形成されることを特徴とする請求項２または３に記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項７】
前記第１及び第２の内輪は、前記関節軸によって構成されることを特徴とする請求項６に記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項８】
前記転がり軸受は、
内輪、外輪、及び前記内輪及び外輪間に転動自在に配置される複数の針状ころと、を有する針状ころ軸受をさらに有することを特徴とする請求項２または３に記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項９】
前記転がり軸受は、少なくとも前記関節軸の軸方向外側において、二重シール構造を有することを特徴とする請求項４から８のいずれかに記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項１０】
前記転がり軸受に封入される潤滑剤は、基油が植物油及び流動パラフィンから選ばれる１種以上からなり、増ちょう剤が金属石けんからなるグリース組成物であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項１１】
前記転がり軸受は、複数のポケットを周方向に形成して該ポケット内で前記転動体を保持する保持器を備え、前記保持器の隣接するポケットの間に所定量の潤滑剤が乗せられて封入されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項１２】
前記駆動機構は、前記転がり軸受の外周、或いは前記回動アームの前記端部外周に掛け渡した線状部材と、当該線状部材に張力を付与して前記回動アームを前記関節軸回りに回動させる張力付与装置とを備えていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項１３】
前記駆動機構は、前記転がり軸受の外周、或いは前記回動アームの前記端部外周に、前記関節軸の軸心を円弧中心として円弧形状に形成した入力ギヤと、前記基部アームに配置した回転モータと、この回転モータの出力軸に固定されて前記入力ギヤに噛合しており、前記回転モータの正逆方向の回転駆動力を前記入力ギヤに伝達する出力ギヤとを備えていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項１】
基部アーム及び回動アームの端部同士を連結し、前記端部を支点として前記回動アームを回動させるマニピュレータ用関節部であって、
前記基部アームの前記端部に設けられた関節軸と前記回動アームの前記端部に設けられた装着孔との間に配置され、前記回動アームを前記関節軸に対して回転自在に支持する転がり軸受と、
前記回動アームに前記関節軸回りの回動を伝達する駆動機構と、
を有することを特徴とするマニピュレータ用関節部。
【請求項２】
前記転がり軸受の外輪は、前記回動アームの装着孔に内嵌されることを特徴とする請求項１に記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項３】
前記転がり軸受の内輪は、前記基部アームの関節軸に外嵌されることを特徴とする請求項１または２に記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項４】
前記転がり軸受は、
第１の内輪、第１の外輪、及び前記第１の内輪及び外輪間に転動自在に配置される複数の第１の転動体と、を有する第１の転がり軸受と、
第２の内輪、第２の外輪、及び前記第２の内輪及び外輪間に転動自在に配置される複数の第２の転動体と、を有する第２の転がり軸受と、
を備え、
前記第１の内輪は、前記第２の内輪に内周面全体が取り囲まれるように外嵌され、
前記第１の内輪の内周面の軸方向幅は、前記第２の内輪の軸方向幅の略１／３であることを特徴とする請求項２または３に記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項５】
前記複数の第１及び第２の転動体は、互いに略等しい直径を有する玉であり、
前記複数の第１の転動体は、前記複数の第２の転動体よりも径方向外側に配置されており、
前記複数の第１の転動体のピッチ円と前記複数の第２の転動体のピッチ円の直径の差は、前記玉の直径の略４倍であり、
前記複数の第１の転動体と前記複数の第２の転動体の各中心点は、前記玉の略半径分だけ軸方向にずれていることを特徴とする請求項４に記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項６】
前記転がり軸受は、
第１の内輪、第１の外輪、及び前記第１の内輪及び外輪間に転動自在に配置される複数の第１の転動体と、を有する第１の転がり軸受と、
第２の内輪、第２の外輪、及び前記第２の内輪及び外輪間に転動自在に配置される複数の第２の転動体と、を有する第２の転がり軸受と、
を備え、前記第１及び第２の内輪と、前記第１及び第２の外輪との少なくとも一方が一体的に形成されることを特徴とする請求項２または３に記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項７】
前記第１及び第２の内輪は、前記関節軸によって構成されることを特徴とする請求項６に記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項８】
前記転がり軸受は、
内輪、外輪、及び前記内輪及び外輪間に転動自在に配置される複数の針状ころと、を有する針状ころ軸受をさらに有することを特徴とする請求項２または３に記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項９】
前記転がり軸受は、少なくとも前記関節軸の軸方向外側において、二重シール構造を有することを特徴とする請求項４から８のいずれかに記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項１０】
前記転がり軸受に封入される潤滑剤は、基油が植物油及び流動パラフィンから選ばれる１種以上からなり、増ちょう剤が金属石けんからなるグリース組成物であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項１１】
前記転がり軸受は、複数のポケットを周方向に形成して該ポケット内で前記転動体を保持する保持器を備え、前記保持器の隣接するポケットの間に所定量の潤滑剤が乗せられて封入されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項１２】
前記駆動機構は、前記転がり軸受の外周、或いは前記回動アームの前記端部外周に掛け渡した線状部材と、当該線状部材に張力を付与して前記回動アームを前記関節軸回りに回動させる張力付与装置とを備えていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のマニピュレータ用関節部。
【請求項１３】
前記駆動機構は、前記転がり軸受の外周、或いは前記回動アームの前記端部外周に、前記関節軸の軸心を円弧中心として円弧形状に形成した入力ギヤと、前記基部アームに配置した回転モータと、この回転モータの出力軸に固定されて前記入力ギヤに噛合しており、前記回転モータの正逆方向の回転駆動力を前記入力ギヤに伝達する出力ギヤとを備えていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のマニピュレータ用関節部。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１３１２９９（Ｐ２０１１−１３１２９９Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９１２１３（Ｐ２００９−２９１２１３）
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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