JP2019084667A - ロータリージョイント - Google Patents

Abstract

【課題】小型で、摺動抵抗が低く、ユニット間において高い信頼性を持って電力と電気信号の伝送を可能にし、使用する流体や電力や電気信号の本数が変化しても、共通で使用することができるロータリージョイントを提供する。【解決手段】固定側ユニットと非接触ユニットＡと回転側ユニットと非接触ユニットＢからなるロータリージョイントにおいて、１本の配管を該固定側ユニットと該回転側ユニットに設けると共に回転自在に連通し、該非接触ユニットＡと該非接触ユニットＢとが同心円状に対向している状態で、該非接触ユニットＡと該非接触ユニットＢとの間で、電磁誘導作用により、電力と電気信号を伝送し、該固定側ユニットに省配線システムを設け、且つ、該回転側ユニットに省配線システムとバルブを設ける【選択図】図２

Description

本発明は、ロボットのアーム先端部などに設けられるロータリージョイントに関する。さらに詳しくは、流体と電気を固定側ユニットから回転側ユニットに連通する相対的に回転を行う二部材間に配設され、配管と電気配線をコンパクトにまとめたロータリージョイントに関する。

従来、半導体洗浄装置などの相対回転部材間において、液体や気体などの流体を連通させる場合、該装置が回転する際に配管が捩れたり、流体圧の供給不良を起こしたりするので、配管が周辺機器に干渉しないようにするために、該装置の回りに広い空間を設けなければならないなどの問題があり、かかる問題を解決するために、ロータリージョイントを経由して配管をしている。

例えば、特許文献１には、ロータリージョイントを構成する回転側ユニットと固定側ユニットとの間に設けた複数のシールと、回転側ユニット又は固定側ユニットに設けた溝部により形成されたリング状の流体通路を介し、回転側ユニットと固定側ユニットに設けた配管を連通してなるロータリージョイントが提案されている。

しかしながら、かかる提案のロータリージョイントでは、回転側ユニット又は固定側ユニットに設けた溝部により形成されたリング状の流体通路を流体通路毎に分割するために、流体通路間をシール部材によりシールすることで分割をしており、装置によっては、多くの配管を必要とするものもあり、それに伴い、流体通路も同じ本数必要になるために、数が多くなるほど、流体通路も多くなり、流体通路間をシールするためのシール部材も多くなるので、ロータリージョイントの全長の増加による大型化や、シール部材の増加による摺動抵抗の増加などの問題がある。

また、ロボットを用いた搬送工程や溶接工程などに用いられるロータリージョイントは、モーターを制御して作業を行う電動ハンドや、サーボガンなどのツールを使用している場合、該ツールを動かすためには、モーターや制御機器用の電力線と信号線などが必要となる。このため多関節ロボットのような自由度の高いロボットでは、ロボットの動きに追従して動力源や信号線が振り回されることになる。かかる自由度の高いロボットでは、他の機械と干渉しないようにロータリージョイントを経由して必要な配線が施されている。

例えば、特許文献２や特許文献３には、ロータリージョイントの構成として、回転側ユニットとロボットアームに対してフローティングして回り止めされた固定側ユニットと、回転側ユニット又は固定側ユニットに環状に設けられて回転側ユニットと固定側ユニットとを連通する流体通路と、電力用スリップリングと電気信号用スリップリングとが回転軸に対して同心円状に配置とからなるものが示されている。かかる構成のロータリージョイントには、流体通路と電力用スリップリングと電気信号用スリップリングとが、固定側ボディと回転側ボディとの間で連通及び接触することにより、流体や電力や電気信号がロボット側とツール側の間で供給及び伝送されるものとして提案がされている。

しかしながら、かかるスリップリングの接触による電力と電気信号の伝送による方法では、ロータリージョイントの回転により、スリップリングの接点が磨耗することにより、電力と電気信号に対するノイズの発生や、定期的な磨耗粉の除去作業、各パーツの交換などのメンテナンスに多大な費用とメンテナンスを要するという問題がある。

また、電動ハンドのようにエンコーダなどの制御機器が内蔵されたツールを用いる場合、電気信号に多数の配線が必要となる。電気信号用配線の増加は、電気信号用スリップリングの回路数の増加を随伴する。かかる電気信号用スリップリングの回路数の増加は、ロータリージョイントの全長の増加による大型化するという問題がある。

さらに、ロータリージョイントに取り付けるツールを交換することにより、使用する流体や電力や電気信号の本数が変化することで、回路の個数が多すぎる又は少なすぎるといったように、ロータリージョイントがツールの交換に対応することができないという問題がある。

特開２０１４−１６９７６９ 特開２００４−１６７６８１ 特開２００８−２０７２９３

本発明は、小型で、摺動抵抗が低く、固定側ユニットと回転側ユニット間において、伝送効率の低下を防ぎつつ、高い信頼性を持って電力と電気信号の伝送を可能にし、使用する流体や電力や電気信号が変化しても、共通で使用することができるロータリージョイントを提供することにある。

本発明のロータリージョイントの第一の態様は、固定側ユニットと該固定側ユニットに設けられる非接触ユニットＡと、該固定側ユニットと相対的に回転可能に連結された回転側ユニットと該回転側ユニットに設けられる非接触ユニットＢとからなるロータリージョイントにおいて、１本の配管を該固定側ユニットと該回転側ユニットに設けると共に回転自在に連通し、該非接触ユニットＡと該非接触ユニットＢとが同心円状に対向している状態で、該非接触ユニットＡと該非接触ユニットＢとの間で電磁誘導作用により電気信号の伝送し、該固定側ユニットに省配線システムを設け、且つ、該回転側ユニットに省配線システムとバルブを設けてなることを特徴とする。

本態様によれば、全長方向に小型で、摺動抵抗が低く、前記固定側ユニットと前記回転側ユニット間において、伝送効率の低下を防ぎつつ、高い信頼性を持って電力と電気信号の伝送を可能とし、且つ、該回転側ユニットに取り付けられるツールの交換によって使用する流体や電気信号の数が変化しても、回路の個数に左右されることなく、どのようなツールにも対応することができる。

本発明のロータリージョイントの第二の態様は、前記第一の態様のロータリージョイントにおいて、前記非接触ユニットＡが、電力の伝送を可能にする電力用コイルＡと電気信号の伝送を可能にする電気信号用コイルＡとを含んで構成され、且つ、前記非接触ユニットＢに電力の伝送を可能にする電力用コイルＢと電気信号の伝送を可能にする電気信号用コイルＢとを含んで構成されていることを特徴とする。

本態様によれば、前記固定側ユニットと前記回転側ユニットとの間で、電気信号に加えて電力の伝送を行うことができる。これにより、例えば、モーターなどの電力で駆動する機器の駆動電力を供給することができ、ケーブルの本数を削減することができる。

また、流体の供給だけではなく、電力と電気信号の伝送を可能としているので、エアハンドなどの空圧機器と共にモーターハンドなどの電気機器を使用することができ、自動工具交換装置と組み合わせることで、ツールを交換させることにより、使用する流体や電力や電気信号の本数が変化しても、回路の個数に左右されることなく、どのようなツールにも対応することができる。

本発明のロータリージョイントの第三の態様は、前記第二の態様のロータリージョイントにおいて、前記電力用コイルＡと前記電力用コイルＢとの電磁誘導による発生電磁磁界と、前記電気信号用コイルＡと前記電気信号用コイルＢとの電磁誘導による発生電磁磁界とが９０度ずれてなることを特徴とする。

本態様によれば、電力用コイルの発生電磁磁界と電気信号用コイルの発生電磁磁界との方向がずれていない並行に並べているものに比べて、電力用コイルの発生電磁磁界と電気信号用コイルの発生電磁磁界との方向が９０度ずれることによって、電力用コイルと電気信号用コイルの間に、電磁遮蔽部材としてシールド効果を有する部材が必要でなくなるので、非接触ユニットの大きさを小型化、安価で製作することができる。

本発明のロータリージョイントの第四の態様は、前記第二又は第三の態様のロータリージョイントにおいて、前記非接触ユニットＡと前記非接触ユニットＢとの間で、非接触伝送により、前記固定側ユニットと前記回転側ユニットとの間で、電気的に非接触で電力と電気信号の伝送を行うにあたり、該電力の伝送に該電気信号の伝送を重畳させてなることを特徴とする。

本態様によれば、電力用コイルと電気信号用コイルの２種類が必要であったものが、電力用コイルの１種類だけでよくなることにより、非接触ユニットの小型化、重量軽減をすることができ、ロボットにかかる荷重や荷重モーメントが軽減されることで、ロボットの運搬速度を従来よりも早くさせることができる。さらに、コントローラとツールは、電力線でつながっており、電力線のある場所ならどこからでも電気信号を送受信できるため、コントローラは必ずしもロボットの近くにある必要はなく、任意の場所に設置でき、管理がしやすくなる。

本発明のロータリージョイントの第五の態様は、前記第二から第四の態様のロータリージョイントにおいて、前記非接触ユニットＡと前記非接触ユニットＢとの間で、非接触伝送により、前記固定側ユニットと前記回転側ユニットとの間で、電気的に非接触で電力の伝送を行うにあたり、電力を該固定側ユニットから該回転側ユニットへの伝送と、該回転側ユニットから該固定側ユニットへの伝送とを可能とする。該固定側ユニットと該回転側ユニットの電力変換部を双方向電力変換機とすることを特徴とする。

本態様によれば、前記回転側ユニットに取り付けるツールがブレーキなどにより減速することによって減少する運動エネルギーを電力に変換して回収することで、エネルギーの利用効率を向上させることができる。

上述したように、本発明のロータリージョイントによれば、ロボットのアーム先端部などに設けられ、流体と電気を固定側ユニットから回転側ユニットに連通する相対的に回転を行う二部材間に配設され、配管と電気配線をコンパクトにまとめたロータリージョイントにおいて、固定側ユニットと回転側ユニットとの間で、電気信号の伝送に非接触ユニットを使用することにより、従来のスリップリングでの伝送に比べて、ロータリージョイントの回転により、スリップリングの接点が磨耗することで、電力と電気信号に対するノイズの発生や、定期的な磨耗粉の除去、パーツの交換などのメンテナンスが不要になる。また、耐水性を持ち、外部からのノイズに対しても従来品よりも耐性を持つことができる。

従来、回転側ユニット又は固定側ユニットに設けた溝部により形成されたリング状の流体通路を流体通路毎に分割するために、流体通路間をシール部材によりシールすることで分割をしていたことによるロータリージョイントの全長の増加による大型化と、シール部材の増加による摺動抵抗の増加や、エンコーダなどの制御機器を使うものになると電気信号用に多くの配線を必要とするものもあり、それに伴い、電気信号用スリップリングも同じ本数の回路が必要になるために、数が多くなるほど、スリップリングの回路の数も多くなり、ロータリージョイントの全長の増加による大型化などの問題があった。本発明では、固定側ユニットに省配線システムを設け、且つ、回転側ユニットに省配線システムとバルブとを設けることにより、ロータリージョイントの流体通路と電気信号の配線を１本ずつにすることができるので、ロータリージョイントの小型化をすることができ、シール部材を最小限に抑えることができるので、摺動抵抗を従来品よりも軽減することができる。また、従来、ロータリージョイントに取り付けるツールを交換することにより、使用する流体や電気信号が変化することで、さらに多い回路が必要になった場合などに対応することができなかった。しかし、本発明では、使用する流体と電気信号の本数が変化しても、省配線システムのプログラムとバルブの数を変化させることによって、柔軟に対応することができる。

さらに、本発明のロータリージョイントは、非接触ユニットＡと非接触ユニットＢとが同心円状に対向することにより、ロータリージョイントの全長方向の大きさを小型化できる。

さらに、本発明のロータリージョイントは、非接触ユニットが、電力の伝送を可能にする電力用コイルと電気信号の伝送を可能にする電気信号用コイルとを含んで構成されることにより、モーターなどの電力で駆動する機器の駆動電力を供給することができ、ケーブルの本数を削減することができる。

さらに、本発明のロータリージョイントは、電力用コイルの発生電磁磁界と電気信号用コイルの発生電磁磁界との方向が９０度ずれることにより、電力用コイルの発生電磁磁界と電気信号用コイルの発生電磁磁界との方向がずれていない並行に並べているものに比べて、電力用コイルと電気信号用コイルの間に、電磁遮蔽部材としてシールド効果を有する部材が必要なくなるので、非接触ユニットの小型化、安価で製作することができる。

さらに、本発明のロータリージョイントは、固定側ユニットと回転側ユニットとの間で、電気的に非接触で電力と電気信号の伝送を行うにあたり、電気信号の伝送を電力の伝送に重畳させることにより、電力用コイルと電気信号用コイルの２種類が必要だったものが、電力用コイルの１種類だけでよくなることにより、非接触ユニットの小型化、重量軽減をすることができ、ロボットにかかる荷重や荷重モーメントが軽減されることにより、ロボットの運搬速度を従来よりも早くすることができる。さらに、コントローラとツールは、電力線でつながっており、電力線のある場所ならどこからでも電気信号を送受信できるため、コントローラは必ずしもロボットの近くにある必要はなく、任意の場所に設置できるので管理がしやすくなる。

さらに、本発明のロータリージョイントは、固定側ユニットと回転側ユニットとの間で、電気的に非接触で電力の伝送を行うにあたり、電力を該固定側ユニットから該回転側ユニットへの伝送と、該回転側ユニットから該固定側ユニットへの伝送とを可能とする。該固定側ユニットと該回転側ユニットの電力変換部を双方向電力変換機とすることにより、該回転側ユニットに取り付けるツールがブレーキなどにより減速することによって減少する運動エネルギーを電力に変換して回収することで、エネルギーの利用効率を向上することができる。

本実施例の構成を説明する説明図 本実施例のロータリージョイントの構造を示す断面図 本実施例の非接触ユニットの構造を示す説明図 従来の非接触ユニットの構造を示す説明図１ 従来の非接触ユニットの構造を示す説明図２ 本実施例のバルブを用いる場合の配線を説明する説明図 本実施例のモーターを用いる場合の配線を説明する説明図 本実施例の重畳時の配線を説明する説明図 本実施例の電力の双方向通信時の配線を説明する説明図

以下、本発明のロータリージョイントの形態を図１から図９に基づいて説明する。

図１において、本実施形態に係るロータリージョイント（１）（カッコ内の数字は、図面の符号、以下同様とする）を備えたロボット装置（２）の構成を示す。ロボット装置（２）は、複数の関節を供えたアーム部材（３）の先端にツールＡ（４）が設けられる構造をしている。かかる構造において、ツールＡ（４）としては、エアシリンダを使ったハンドや、モーターを制御して作業を行う電動ハンド、サーボガンなどが用いられる。

図１において、ロータリージョイント（１）は、ロボット装置（２）に若干フローティングして回り止めされている固定側ユニット（５）と、ロボット装置（２）の先端回転軸に取り付けられ、エアシリンダを使ったハンドや、電動ハンド、溶接ガンなどのツールが固定され、且つ、固定側ユニット（５）と相対的に回転可能に連結された回転側ユニット（６）により構成されている。

図１において、例えば、ツールＡ（４）に、エアシリンダを使ったハンドなどの複数本の流体を必要とするものを用いる場合、回転側ユニット（６）にバルブ（７）を取り付けることで、ツール用の流体を複数本に分岐することができ、バルブ（７）の本数を変えることで、流体の本数が変化しても対応することができる。このとき、バルブ（７）の制御を行うために、コントローラ（８）からバルブ（７）の制御用の複数本の電気信号を省配線システムＡ（９）によって、１本の電気信号に統合して、回転側ユニット（６）に取り付けている省配線システムＢ（１０）により、統合されている電気信号を各々の電気信号に再変換することで、バルブ（７）の制御を行う。そして、ロータリージョイント（１）を介すことで、電源（１１）をバルブ（７）につなぐことでバルブ（７）が駆動する。

図１において、例えば、モーターを制御して作業を行う電動ハンドなどの電気信号の送受信をする必要のあるツールＢ（１２）を用いる場合、コントローラ（８）からツールＢ（１２）への複数本の電気信号を省配線システムＡ（９）によって、１本の電気信号に統合して、ツールＢ（１２）に内蔵している省配線システムＣ（１３）により、統合されている電気信号を各々の電気信号に再変換することで、ツールＢ（１２）とコントローラ（８）間の電気信号の送受信を行う。そして、ロータリージョイント（１）を介すことで、電源（１１）をツールＢ（１２）につなぐことでツールＢ（１２）が駆動する。

以下に説明する図２から図９において、図２は図１のロータリージョイント（１）をさらに詳しく説明するものである。また、図３は本実施例の非接触ユニットを説明するものであり、図４と図５は従来例の非接触ユニットを説明するものである。また図６から図９は本実施例の各種の配線を説明するものである。

図２は、ロータリージョイント（１）の説明図であり、図３は、本実施例のロータリージョイント（１）内部の非接触ユニットの説明図であり、図４と図５は、ロータリージョイント（１）内部の従来の非接触ユニットの説明図であり、図６は、ロータリージョイント（１）に、ツールＡ（４）を取り付けたときの配線図であり、図７は、ロータリージョイント（１）に、ツールＢ（１２）を取り付けたときの配線図であり、図８は、ロータリージョイント（１）に、ツールＡ（４）を取り付けたときの重畳・分離回路を組み込んだときの配線図であり、図９は、ロータリージョイント（１）に、ツールＡ（４）を取り付けたときの電力変換部を双方向電力変換機に置き換えたときの配線図である。

図２は本実施形態の図１に記載のロータリージョイント（１）の構造の断面図を示す。図２が示すように、図１に記載の固定側ユニット（５）は、中心に円形溝部のある穴状の空洞を設けられている固定側ボディ（１００）と、非接触ユニットＡ（１０１）によって構成されており、図１に記載の回転側ユニット（６）は、ロボット側フランジ（１０２）と、中心に溝部のある円柱部を設けられているツール側フランジ（１０３）と、非接触ユニットＢ（１０４）によって構成されている。

図２において、図１に記載のロータリージョイント（１）は、固定側ボディ（１００）の円形溝部にシール部材（１０５）を取り付け、固定側ボディ（１００）の中心穴にツール側フランジ（１０３）を挿し込むことにより、リング状の流体通路（１０６）が設けられ、流体通路（１０６）を介し、図１に記載の固定側ユニット（５）と回転側ユニット（６）の配管が連通している。

図２において、非接触ユニットＡ（１０１）と非接触ユニットＢ（１０４）は、同心円状に対向している状態になるように、図１に記載の固定側ユニット（５）と回転側ユニット（６）にそれぞれ設けられている。

図３は本実施例のロータリージョイント（１）の内部の非接触ユニットの構造を示す。図３に示すように、非接触ユニットＡ（１０７）は、電力の伝送を可能にする電力用コイルＡ（１０８）と電気信号の伝送を可能にする電気信号用コイルＡ（１０９）と電力用コイルＡ（１０８）と電気信号用コイルＡ（１０９）を覆うフェライトコアＡ（１１０）と、電力用コイルＡ（１０８）と電気信号用コイルＡ（１０９）とフェライトコアＡ（１１０）とを含む全体を覆うケースＡ（１１１）により構成され、且つ、非接触ユニットＢ（１１２）は、電力の伝送を可能にする電力用コイルＢ（１１３）と電気信号の伝送を可能にする電気信号用コイルＢ（１１４）と電力用コイルＢ（１１３）と電気信号用コイルＢ（１１４）を覆うフェライトコアＢ（１１５）と、電力用コイルＢ（１１３）と電気信号用コイルＢ（１１４）とフェライトコアＢ（１１５）とを含む全体を覆うケースＢ（１１６）により構成される。

図４と図５は従来例の非接触ユニットの構造を示す。図４と図５に示すように、従来の非接触ユニットａ（２００）は、電力の伝送を可能にする電力用コイルａ（２０１）と電気信号の伝送を可能にする電気信号用コイルａ（２０２）と電力用コイルａ（２０１）と電気信号用コイルａ（２０２）を覆うフェライトコアａ（２０３）と電力用コイルａ（２０１）と電気信号用コイルａ（２０２）の干渉を防ぐための電磁遮蔽部材ａ（２０４）と、電力用コイルａ（２０１）と電気信号用コイルａ（２０２）とフェライトコアａ（２０３）と電磁遮蔽部材ａ（２０４）とを含む全体を覆うケースａ（２０５）により構成され、且つ、従来の非接触ユニットｂ（２０６）は、電力の伝送を可能にする電力用コイルｂ（２０７）と電気信号の伝送を可能にする電気信号用コイルｂ（２０８）と電力用コイルｂ（２０７）と電気信号用コイルｂ（２０８）を覆うフェライトコアｂ（２０９）と電力用コイルｂ（２０７）と電気信号用コイルｂ（２０８）の干渉を防ぐための電磁遮蔽部材ｂ（２１０）と、電力用コイルｂ（２０７）と電気信号用コイルｂ（２０８）とフェライトコアｂ（２０９）と電磁遮蔽部材ｂ（２１０）とを含む全体を覆うケースｂ（２１１）により構成される。

本実施例の非接触ユニットの構造を説明する図３と、従来例の非接触ユニットの構造を説明する図４と図５とを比較すると、電力用コイルＡ（１０８）と電力用コイルＢ（１１３）の電磁誘導により発生する電磁磁界の方向と電気信号用コイル（Ａ１０９）と電気信号用コイルＢ（１１４）の電磁誘導により発生する電磁磁界の方向とが９０度ずれるように配置されることにより、電力の伝送と電気信号の伝送の相互干渉を軽減し、且つ、従来では必要であった電磁遮蔽物ａ（２０４）と電磁遮蔽物ｂ（２１０）が必要なくなるので、小型で安価に製作することができる。

次に図６を説明する。図６は本実施例であるエアシリンダを使ったハンドなどの複数本の流体を必要とする図１に記載のツールＡ（４）を用いる場合の配線の説明する説明図を示す。図６において、図１に記載の固定側ユニット（５）に設けられる非接触ユニットＡ（３００）と図１に記載の回転側ユニット（６）に設けられる非接触ユニットＢ（３０１）は、同心円状に対向している状態である。

図６において、電気信号の伝送は、コントローラ（３０２）から送信する複数本の電気信号を、コントローラ（３０２）に内蔵されている省配線システムＡ（３０３）により、１本の電気信号に統合し、非接触ユニットＡ（３００）に電気信号を伝送し、非接触ユニットＡ（３００）から非接触ユニットＢ（３０１）に電磁誘導を用いて、非接触伝送を行う。

図６において、電気信号の伝送は、非接触ユニットＢ（３０１）から省配線システムＢ（３０４）に電気信号が伝わり、１本に統合されていた電気信号を、各々の電気信号に再変換して、回転側ユニットに取り付けられているバルブ（３０５）に電気信号が受信されて、ツールが動く。

図６において、ツールが動くことにより、センサー（３０６）によるエアハンドの開閉確認の信号は、省配線システムＢ（３０４）に伝送され、受信時とは反対の順番で、非接触ユニットＢ（３０１）に送信され、非接触ユニットＡ（３００）に非接触伝送されて、省配線システムＡ（３０３）に伝送され、コントローラ（３０２）にエアハンドの開閉確認の信号が受信されることで、電気信号の送受信が行われて、制御を行うことができるようになる。

図６において、ツールに外部センサーなどの外付け周辺Ｉ／Ｏ（３０７）を取り付けている場合でも、周辺Ｉ／Ｏ（３０７）からの信号は、省配線システムＢ（３０４）に接続することにより、ロボットとツール間の電気信号の送受信を可能にする。

図６において、電力の伝送は、電源のオン／オフの信号をコントローラ（３０２）に送り、インバータ（３０８）を用いて、直流電流から交流電流に変換し、非接触ユニットＡ（３００）から非接触ユニットＢ（３０１）に電磁誘導を用いて、非接触伝送が行われる。

図６において、電力の伝送は、非接触ユニットＢ（３０１）からコンバータ（３０９）に電力を伝送し、交流電流から直流電流に変換して、バルブ（３０５）に電力の伝送が行われる。

次に図７を説明する。図７は本実施例であるモーターを制御して作業を行う電動ハンドなどの電気信号の送受信をする必要のある図１に記載のツールＢ（１２）を用いる場合の配線を説明する説明図を示す。図７において、図１に記載の固定側ユニット（５）に設けられる非接触ユニットＡ（３００）と図１に記載の回転側ユニット（６）に設けられる非接触ユニットＢ（３０１）は、同心円状に対向している状態である。

図７において、電気信号の伝送は、コントローラ（３０２）から送信する複数本の電気信号を、コントローラ（３０２）に内蔵されている省配線システムＡ（３０３）により、１本の電気信号に統合し、非接触ユニットＡ（３００）に電気信号を伝送し、非接触ユニットＡ（３００）から非接触ユニットＢ（３０１）に電磁誘導を用いて、非接触伝送が行われる。

図７において、電気信号の伝送は、非接触ユニットＢ（３０１）からサーボドライブ（３１０）に内蔵してある省配線システムＣ（３１１）に電気信号が伝わり、１本に統合されていた電気信号が各々の電気信号に再変換されて、電動ハンドに内蔵されているモーター（３１２）に電気信号が受信されて、ツールが動く。

図７において、ツールが動くことにより、回転方向、回転位置、回転速度などの情報が、エンコーダ（３１３）から省配線システムＣ（３１１）に伝送され、受信時とは反対の順番で、非接触ユニットＢ（３０１）に送信され、非接触ユニットＡ（３００）に非接触伝送されて、省配線システムＡ（３０３）に伝送され、コントローラ（３０２）に該情報が受信されることで、電気信号の送受信が行われて、フィードバック制御を行うことができるようになる。

図７において、ツールに外部センサーなどの外付け周辺Ｉ／Ｏ（３０７）を取り付けている場合でも、周辺Ｉ／Ｏ（３０７）からの信号は、省配線システムＣ（３１１）に接続することにより、ロボットとツール間の電気信号の送受信が可能となる。

図７において、電力の伝送は、電源のオン／オフの信号をコントローラ（３０２）に送り、インバータ（３０８）を用いて、直流電流から交流電流に変換し、非接触ユニットＡ（３００）から非接触ユニットＢ（３０１）に電磁誘導を用いて、非接触伝送が行われる。

図７において、電力の伝送は、非接触ユニットＢ（３０１）から、コンバータ（３０９）に電力を伝送し、交流電流から直流電流に変換して、サーボドライブ（３１０）に電力が伝送され、モーター（３１２）に電力の伝送が行われる。

次に図８を説明する。図８は本実施例である電気信号の伝送を電力の伝送に重畳させた場合の配線を説明する説明図を示す。図８において、電気信号の伝送は、コントローラ（３０２）から重畳・分離回路Ａ（３１４）に伝送され、電気信号の伝送を電力の伝送に重畳させることによって、非接触ユニットＡ（３００）に伝送されるものが１本になり、非接触ユニットＢ（３０１）に非接触伝送されるものも１本になる。

図８において、電気信号の伝送において、非接触ユニットＢ（３０１）に重畳されて伝送されたものは、重畳・分離回路Ｂ（３１５）により、電気信号の伝送と電力の伝送に分離され、それぞれ、前述した経路に沿って送信が行われる。

図８において、センサー（３０５）による電気信号の伝送は、コントローラ（３０２）からの送信と同様に、省配線システムＢ（３０４）に伝送され、重畳・分離回路Ｂ（３１５）により、電気信号の伝送を電力の伝送に重畳させ、非接触ユニットＢ（３０１）から非接触ユニットＡ（３００）に非接触伝送された後、重畳・分離回路Ａ（３１４）により、電気信号の伝送と電力の伝送に分離されて、送受信されることになる。

図８において、非接触ユニットＡ（３００）と非接触ユニットＢ（３０１）は、非接触伝送に必要なコイルが１種類になることにより、ユニット自体の小型化、軽量化を行うことができる。

次に図９を説明する。図９は本実施例である電力変換部を整流回路から双方向電力変換機に変えた場合の配線を説明する説明図を示す。図９において、基本的な仕組みは、前述の電動ハンドを用いたとき（図７参照）と同様で、電力変換機であるインバータ（３０８）とコンバータ（３０９）の内部回路を変えることによって、双方向回生インバータ（３１６）と双方向回生コンバータ（３１７）に変更することで、電力を固定側ユニットから回転側ユニットに力行させていただけのものが、回転側ユニットから固定側ユニットに回生することができるようになる。

図９において、例えば、電力の伝送が回生をすることができることにより、回転側ユニットに取り付けるツールに搭載されているモーターがブレーキなどで減速することによって減少する運動エネルギーを電力に変換して回収することができる。よって、モーターを発電機として動作させることができるので、エネルギー利用効率を向上させることができる。

１ ロータリージョイント
２ ロボット装置
３ アーム部材
４ ツールＡ
５ 固定側ユニット
６ 回転側ユニット
７ バルブ
８ コントローラ
９ 省配線システムＡ
１０ 省配線システムＢ
１１ 電源
１２ ツールＢ
１３ 省配線システムＣ
１００ 固定側ボディ
１０１ 非接触ユニットＡ
１０２ ロボット側フランジ
１０３ ツール側フランジ
１０４ 非接触ユニットＢ
１０５ シール部材
１０６ 流体通路
１０７ 非接触ユニットＡ
１０８ 電力用コイルＡ
１０９ 電気信号用コイルＡ
１１０ フェライトコアＡ
１１１ ケースＡ
１１２ 非接触ユニットＢ
１１３ 電力用コイルＢ
１１４ 電気信号用コイルＢ
１１５ フェライトコアＢ
１１６ ケースＢ
２００ 非接触ユニットａ
２０１ 電力用コイルａ
２０２ 電気信号用コイルａ
２０３ フェライトコアａ
２０４ 電磁遮蔽部材ａ
２０５ ケースａ
２０６ 非接触ユニットｂ
２０７ 電力用コイルｂ
２０８ 電気信号用コイルｂ
２０９ フェライトコアｂ
２１０ 電磁遮蔽部材ｂ
２１１ ケースｂ
３００ 非接触ユニットＡ
３０１ 非接触ユニットＢ
３０２ コントローラ
３０３ 省配線システムＡ
３０４ 省配線システムＢ
３０５ バルブ
３０６ センサー
３０７ 周辺Ｉ／Ｏ
３０８ インバータ
３０９ コンバータ
３１０ サーボドライブ
３１１ 省配線システムＣ
３１２ モーター
３１３ エンコーダ
３１４ 重畳・分離回路Ａ
３１５ 重畳・分離回路Ｂ
３１６ 双方向回生インバータ
３１７ 双方向回生コンバータ

Claims (5)

1. 固定側ユニットと該固定側ユニットに設けられる非接触ユニットＡと、該固定側ユニットと相対的に回転可能に連結された回転側ユニットと該回転側ユニットに設けられる非接触ユニットＢとからなるロータリージョイントにおいて、１本の配管を該固定側ユニットと該回転側ユニットに設けると共に回転自在に連通し、該非接触ユニットＡと該非接触ユニットＢとが同心円状に対向している状態で、該非接触ユニットＡと該非接触ユニットＢとの間で電磁誘導作用により電気信号を伝送し、該固定側ユニットに省配線システムを設け、且つ、該回転側ユニットに省配線システムとバルブとを設けてなることを特徴とするロータリージョイント。
2. 前記非接触ユニットＡが、電力の伝送を可能にする電力用コイルＡと電気信号の伝送を可能にする電気信号用コイルＡとを含んで構成され、且つ、前記非接触ユニットＢが、電力の伝送を可能にする電力用コイルＢと電気信号の伝送を可能にする電気信号用コイルＢとを含んで構成されている請求項１記載のロータリージョイント。
3. 前記電力用コイルＡと前記電力用コイルＢとの電磁誘導による発生電磁磁界と、前記電気信号用コイルＡと前記電気信号用コイルＢとの電磁誘導による発生電磁磁界とが９０度ずれてなる請求項２記載のロータリージョイント。
4. 前記非接触ユニットＡと前記非接触ユニットＢとの間で、非接触伝送により、前記固定側ユニットと前記回転側ユニットとの間で、電気的に非接触で電力と電気信号の伝送を行うにあたり、該電力の伝送に該電気信号の伝送を重畳させてなる請求項２又は３記載のロータリージョイント。
5. 前記非接触ユニットＡと前記非接触ユニットＢとの間で、非接触伝送により、固定側ユニットと回転側ユニットとの間で、電気的に非接触で電力の伝送を行うにあたり、電力を前記固定側ユニットから前記回転側ユニットへの伝送と、前記回転側ユニットから前記固定側ユニットへの伝送とを可能とする、前記固定側ユニットと前記回転側ユニットの電力変換部を双方向電力変換機とする請求項２から４記載のロータリージョイント。

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