(57)【要約】【課題】メンテナンス性や耐環境性、位置決め精度を維持しつつ、モーターなどの発熱体から伝達される熱を効率よく放熱することのできる旋回型アームを備える水平多関節型ロボットを提供する。【解決手段】水平多関節型ロボットには、基台１１に回転可能に設けられた基台軸１２に連結されて同基台軸１２の軸心Ｃ１を中心に水平旋回する第１のアーム１３と、第１のアーム１３の先端部に設けられた支持軸１４に連結されて同支持軸１４の軸心Ｃ２を中心に水平旋回する第２のアーム１５とが設けられている。第２のアーム１５は、その基端部にその外側面１５ａのうち反先端方向に面する後外側面１５ｂを有し、同後外側面１５ｂには同第２のアーム１５に対して一体成型された放熱機構２０が設けられている。【選択図】図１
2010221340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心として水平旋回する熱伝導性の材料からなる旋回型アームの外表面に、同アームに対して一体成型された放熱機構が設けられていることを特徴とする水平多関節型ロボット。
【請求項２】
前記旋回型アームは、その基端部が前記回転軸を中心として回転することでその先端側が旋回移動するものであり、前記放熱機構は、前記基端部の前記回転軸よりも反先端側に形成されている
請求項１に記載の水平多関節型ロボット。
【請求項３】
前記放熱機構は、前記旋回型アームの旋回面に垂直となる外表面の少なくとも一部に同旋回面と垂直な方向に伸びる複数の壁状の突部からなる
請求項１又は２に記載の水平多関節型ロボット。
【請求項４】
前記放熱機構は、前記旋回型アームの旋回面に垂直となる外表面の少なくとも一部に同旋回面と水平な方向に伸びる複数の壁状の突部からなる
請求項１又は２に記載の水平多関節型ロボット。
【請求項５】
前記放熱機構を形成する各突部には、それら突部に交差する態様で複数の切り欠き部が形成されている
請求項３又は４に記載の水平多関節型ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱体から伝達される熱を放熱する機能を有する旋回型アームを備える水平多関節型ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
水平多関節ロボットは、複数の旋回型アームが順に回動可能に連結されるようにして構成されており、それらアームを、連結部を介して支持する他のアーム等の支持部に対して適切な角度に変化させることに基づく旋回移動により、同ロボットの先端部を目標位置へ位置決めすべく基台に対して相対移動させている。
【０００３】
また近年は、こうしたロボットによる生産性向上の要求に応えるために、ロボット自身の性能として、高い位置決め精度を維持しつつ、その動作の高速化や非稼働時間の短縮化を図ることができることが求められている。そこで、モーターの回転速度を上昇させてアームの旋回速度を高速化させたり、非稼働時間の短縮化のために単位時間当たりのモーターの稼動時間を長くさせてアームの移動が頻繁に行なわれるようにするなどの工夫が図られつつある。
【０００４】
ところが実情としては、モーターの回転速度の上昇はモーターの発熱量を増加させることにつながり、また、モーターの稼動時間の延長は単位時間当たりの発熱量の増加とともに冷却時間の短縮化を引き起こすなどの不都合を招くことともなっている。すなわち、モーターはその温度が急速に上昇するようになり、その温度上昇が自然な冷却能力を上回ることで、モーターの性能や寿命を維持するために予め定められている所定の温度範囲をも超えやすくなる。そして、このように所定の温度範囲を超えた場合、そのままモーターの駆動を継続することは好ましくないためにその温度を低下させる必要が生じ、結局、回転速度を低下させたり、停止時間を長くするなど、モーターの動作性能、ひいてはアームの旋回速度や移動回数が規制されることとなる。
【０００５】
そこで従来から、モーターの温度上昇を抑制させるためにモーターの発熱を効率良く放熱させるような構造が様々提案されており、そのような構造の一つとして、特許文献１に記載のロボットアームなどが提案されている。特許文献１に記載のロボットアームでは、アーム外筒に収納されたモーターの放熱が効率良く行なわれるように、軽量かつ熱伝導率の高い材料からなる熱伝導体をその先端がアーム外筒に形成された穴から突出するようにモーターの外周に設置するとともに、同熱伝導体の先端には上記穴を覆うかたちで放熱板が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平６−５３０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、こうしたロボットは、その小型化の促進によりアームにおける機器の配置密度が高くなってきており、モーターの周囲に新たに広いスペースを確保することが難しくなってきている。そして、そのような事情から、近年では、特許文献１に記載のロボットアームのように、モーターの外周に、アーム外筒の外側まで延出される熱伝導体を設置するスペースを確保することも難しくなってきている。またこのような構造の場合、熱伝導
体や放熱板などの部品点数の増加に伴い、メンテナンス性も低下するおそれがある。さらに、アーム外筒に熱伝導体を通すための穴が形成されることで、たとえその穴が放熱板で覆われたり、あるいはパッキンにて塞さがれるなどしても、防塵性や防水性など、耐環境性能の低下はさけられない。
【０００８】
また、モーターの温度上昇は、その熱が伝達されるアームの温度上昇を招いてアームの熱膨張を助長するのみならず、モーターの設置されているアーム基端部の局所的な熱膨張を促進させて、同基端部におけるアームの形状精度を低下させる要因ともなる。そして、こうして基端部においてアームの形状精度が低下するようなことがあれば、アーム先端部においては無視できない程の大きさの位置決め誤差ともなりかねず、ひいてはアーム先端部における置決め精度を大きく低下させることにもなりかねない。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、メンテナンス性や耐環境性、位置決め精度を維持しつつ、モーターなどの発熱体から伝達される熱を効率よく放熱することのできる旋回型アームを備える水平多関節型ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の水平多関節型ロボットは、回転軸を中心として水平旋回する熱伝導性の材料からなる旋回型アームの外表面に、同アームに対して一体成型された放熱機構が設けられていることを要旨とする。
【００１１】
このような構造によれば、旋回型アームに伝達される発熱体からの熱が旋回型アームの外表面から放熱機構を介して効率よく放熱されるようになる。これにより、アーム自体の放熱効率が高められることからそこに取付けられている発熱体、例えばモーターなどの放熱も促進されるようになり、モーターであればその温度上昇が抑制されて高温により生じる動作制限などが生じがたくなる。また、アーム自体の放熱効率が高められることから、発熱体により加熱されるアーム自体の温度上昇も軽減され熱の分布も平均化されるようになり温度上昇に伴い生じる熱膨張、特に局部的な熱膨張によるアームの変形が軽減されるようになる。またアームとしては、放熱機構はアームに一体成型され部品の増加などはないことからメンテナンス性の低下されるおそれは小さく、アームの外表面に設けていることからモーターなどの機器と外環境との間のシール性の維持が従来と同程度に保たれるようになり耐環境性の低下されるおそれも小さい。その結果、メンテナンス性や耐環境性、位置決め精度は従来のまま維持されつつ、モーターなどの発熱体の発熱及び、その発熱体から伝達される熱を効率よく放熱させる機能を有するアームを備える水平多関節型ロボットを提供することができるようになる。
【００１２】
この水平多関節型ロボットは、前記旋回型アームは、その基端部が前記回転軸を中心として回転することでその先端側が旋回移動するものであり、前記放熱機構は、前記基端部の前記回転軸よりも反先端側に形成されていることを要旨とする。
【００１３】
この構造によるように、アームの基端部に放熱機構を設けるようにすれば、アームの基端部に配置されることの多い同アームを駆動させる発熱体としてのモーターと放熱機構との間の距離が短くされ、モーターの発熱が放熱機構に効率良く伝達されるようになる。これにより、モーターの発熱が効率良く放熱されるようになるとともに、同発熱により局部的に加熱される同アームの基端部の放熱も効率良く行われるようになる。その結果、モーター及びアームの温度上昇が抑制されるようになる。
【００１４】
この水平多関節型ロボットは、前記放熱機構は、前記旋回型アームの旋回面に垂直となる外表面の少なくとも一部に同旋回面と垂直な方向に伸びる複数の壁状の突部からなるこ
とを要旨とする。
【００１５】
このような構造によれば、放熱機構の突部の間には暖められた空気により生じる上昇気流に基づく自然対流が生じるようになり、同対流により放熱機構を通じてのアームの熱の放熱が行われ、モーター及びアームの温度上昇が抑制されるようになる。
【００１６】
この水平多関節型ロボットは、前記放熱機構は、前記旋回型アームの旋回面に垂直となる外表面の少なくとも一部に同旋回面と水平な方向に伸びる複数の壁状の突部からなることを要旨とする。
【００１７】
このような構造によれば、放熱機構の突部の間にはアームの外表面においてアームの旋回により生じる空気の流れに基づく強制的な対流が生じるようになり、同対流により放熱部を通じてのアームの熱の放熱が行われ、モーター及びアームの温度上昇が抑制されるようになる。
【００１８】
この水平多関節型ロボットは、前記放熱機構を形成する各突部には、それら突部に交差する態様で複数の切り欠き部が形成されていることを要旨とする。
この構造によるように、放熱機構の突部にはその突部を横切るように切り欠き部が複数形成されるようになれば、それらの間にも空気が流通されるようになる。これにより、放熱機構の各突部は、空気との接触面積が増加されたり、空気の流通量が増加されたりするようにもなり、放熱機構によるアームの熱の放熱がより効率的に行われ、モーター及びアームの温度上昇がより好適に抑制されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明にかかる水平多関節型ロボットを具体化した一実施形態の正面構造を示す正面図。
【図２】同実施形態において用いられる旋回型アームの上面構造を示す上面図。
【図３】同実施形態において用いられる放熱機構の正面構造を示す正面図。
【図４】その他の実施形態に用いられる放熱機構についてその態様を示す正面図。
【図５】さらにその他の実施形態に用いられる放熱機構についてその態様を示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明にかかる水平多関節型ロボットが具体化された一実施形態について図面に従って説明する。
図１は、水平多関節型ロボット（ロボット）についての全体の正面構造を示す正面図である。
【００２１】
図１に示すように、ロボットは、床面等に設置された基台１１を有し、その上端部に回動可能に設けられた基台軸１２に、第１のアーム１３の基端部が連結固定されている。基台軸１２は、その基端が、基台１１内に設けられた第１モーターＭ１によって正逆回転されることで、基台１１に対して軸心Ｃ１を中心にして回動するようになっている。これにより第１のアーム１３は、基台軸１２の軸心Ｃ１を中心にして基台１１に対して水平方向に回動、すなわち水平旋回する。
【００２２】
第１のアーム１３は、鋳鉄などの金属材料から形成された横長状のアームであり、その長さ方向及び旋回方向などに高い剛性を有しているとともに、それを形成する金属材料に基づく高い熱伝達率を有している。第１のアーム１３の先端部に設けられる支持軸１４は、その先端を第２のアーム１５の基端部に配置させることにより第２のアーム１５を回動可能に支持している。
【００２３】
第２のアーム１５は、これも第１のアーム１３と同様に、鋳造などの金属材料から形成された横長状のアームであり、その長さ方向及び旋回方向などに高い剛性を有しているとともに、それを形成する金属材料に基づく高い熱伝達率を有している。また、第２のアーム１５は、その基端部の上側に第２モーターＭ２が突設されている。その第２モーターＭ２は、その出力軸側がフランジＭ２Ｆを介して第２のアーム１５に固定されており、その出力軸（図示略）がギア等（図示略）を介して支持軸１４の先端に連結されている。これにより、第２のアーム１５は、第２モーターＭ２の回動により支持軸１４を正逆回転させるときに同支持軸１４から同第２モーターＭ２が受ける反力によって、軸心Ｃ２を中心にして第１のアーム１３に対して水平方向に回動、すなわち水平旋回する。
【００２４】
第２のアーム１５には、その基端部から先端部にかけてアーム上側を第２モーターＭ２などを含めて覆う、樹脂材料から形成される軽量かつ熱伝導性の低いアームカバー１５Ｃが取り付けられている。アームカバー１５Ｃは、第２のアーム１５のアーム上側に設けられた第２モーターＭ２などの装置を保護するとともに、逆にそれら装置の生ずる粉塵の飛散を抑制することなどによりロボットが生産に与える不都合などを低減させるようにしている。
【００２５】
第２のアーム１５の先端部には、第２のアーム１５とアームカバー１５Ｃとを貫通する上下回転軸１６が設けられている。上下回転軸１６は、円柱状の軸体であって、その周表面には図示しないボールねじ溝とスプライン溝とがそれぞれ形成されている。上下回転軸１６は、そのスプライン溝が第２のアーム１５の先端部に配置されたスプラインナット１６Ｓの中心に嵌め合わされるように挿通され、そのボールねじ溝がこれも第２のアーム１５の先端部に配置されたボールねじナット１６Ｂの中心に螺合されるように挿通されている。これにより上下回転軸１６は、第２のアーム１５に対して回転可能に、かつ、上下方向に移動可能に支持されている。すなわち上下回転軸１６は、第２のアーム１５に備えられた回転モーターＭ３の正逆回転がスプラインナット１６Ｓを正逆回転させることによって自らの軸心Ｃ３を中心にして正逆回転される。また上下回転軸１６は、第２のアーム１５に備えられた昇降モーターＭ４の正逆回転がボールねじナット１６Ｂを正逆回転させることによって上下方向に昇降移動され、その昇降移動によりその下端部１７を上下方向に昇降させる。上下回転軸１６の下端部１７には、ツール、例えば被搬送物を把持するハンドや被加工物を加工するハンド等の取り付けが可能になっている。そして、ロボットは、下端部１７に取り付けられた各ツールによって、部品を搬送したり、部品を加工したりするようになっている。
【００２６】
また、第２のアーム１５は、軸心Ｃ２に略平行なその外側面１５ａがアームカバー１５Ｃから露出されており、第２のアーム１５の基端部の外側面１５ａのうち反先端側に位置する後外側面１５ｂには放熱機構２０が設けられている。
【００２７】
次に、この放熱機構２０について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、第２のアーム１５を上方から見た上面の構造を示す図であり、図３は、第２のアーム１５を右側から見た場合における放熱機構２０の正面の構造を示す図である。
【００２８】
図２に示すように、放熱機構２０は、第２のアーム１５の基端部において第２モーターＭ２よりも反先端側に位置される後外側面１５ｂに設けられている。なお、本実施形態では、後外側面１５ｂは、外側面１５ａのなかでも第２のアーム１５における主な発熱体としての第２モーターＭ２との間の距離の短い位置に位置する外側面である。
【００２９】
放熱機構２０には、後外側面１５ｂから反先端側である後端側に突出する複数の放熱フィン２１が壁状の突部として第２のアーム１５に一体成型されている。複数の放熱フィン
２１はそれぞれ、図３に示すように、軸心Ｃ２の方向に延びるように後外側面１５ｂに形成されており、各放熱フィン２１のそれぞれの間には、空気が流通される空間２２がそれぞれ形成されている。すなわち各放熱フィン２１は、第２のアーム１５と同じ金属材料から形成され、同様の熱伝導性を有するようになっている。また各放熱フィン２１は第２のアーム１５に一体成型されることから、それが後付けされた場合のようにそれらの間に接触面や接合面など熱伝導を阻害する構造を有していないため、それを形成する金属材料に基づく熱伝導率により第２のアーム１５との間にてスムーズで効率的な熱の伝達がなされるようになっている。
【００３０】
空間２２は、そこに空気が流通されることにより、空間２２の両側に配置される各放熱フィン２１とそこを流通される空気との間の熱交換を促進させて同放熱フィン２１からの放熱を促進させる。また、空間２２は、軸心Ｃ２の方向に連続するかたちに形成されていることから放熱フィン２１から熱を奪い暖められた空気が自然に対流するようにもなり、第２のアーム１５が停止されている場合あれ、第２のアーム１５から効率よく放熱されるようになっている。このようなことから、放熱機構２０により第２のアーム１５の基端部の放熱性能が向上され、同第２のアーム１５の基端部は、その放熱の促進によりその温度上昇が減少されるようになるとともに、局所的な加熱による変形なども減少されるようにもなり、このような変形を要因とする位置決め精度の低下も抑制される。
【００３１】
すなわち、ロボットはその第２のアーム１５に放熱機構２０が一体成形されることにより、その第２のアーム１５の基端部に例えば第２モーターＭ２の熱がフランジＭ２Ｆを介して伝達される場合であれ、第２のアーム１５の熱が放熱機構２０から効率よく放熱されるようになる。
【００３２】
なお、放熱機構２０は、その各放熱フィン２１が第２のアーム１５の外側面１５ａに同一の金属材料にて一体成型されていることから部品の増加もなく、そのメンテナンス性及び耐環境性も従来と同様に維持される。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態の水平多関節型ロボットによれば以下のような効果を得ることができる。
（１）第２のアーム１５に伝達される発熱体からの熱が第２のアーム１５の後外側面１５ｂから放熱機構２０を介して効率よく放熱されるようにした。これにより、第２のアーム１５自体の放熱効率が高められることからそこに取付けられている発熱体、例えば第２モーターＭ２などの放熱も促進されるようになり、第２モーターＭ２であればその温度上昇が抑制されて高温により生じる動作制限などが生じるおそれが低減される。
【００３４】
（２）また、第２のアーム１５自体の放熱効率が高められるようにしたことから、発熱体により加熱されるアーム自体の温度上昇も軽減され熱の分布も平均化されるようになり温度上昇に伴い生じる熱膨張、特に第２モーターＭ２からの熱が伝達される第２のアーム１５の基端部の局部的な熱膨張によるアームの変形が軽減されるようになる。
【００３５】
（３）さらに、第２のアーム１５には放熱機構２０を一体成型したことから、部品の増加などはないことからメンテナンス性の低下されるおそれは小さい。また、アームの外側面１５ａ（後外側面１５ｂ）に設けていることから、第２のアーム１５自体やその上側に設けたアームカバー１５Ｃの密閉性が高められ、第２のアーム１５に設けられている各モーターＭ２，Ｍ３，Ｍ４などの機器と外環境との間のシール性の維持が従来と同程度に保たれるようになり耐環境性の低下されるおそれも小さい。これらのことから、メンテナンス性や耐環境性、位置決め精度は従来のまま維持されつつ、モーターなどの発熱体の発熱及び、その発熱体から伝達される熱を効率よく放熱させる機能を有するアームを備える水平多関節型ロボットを提供することができるようになる。
【００３６】
（４）第２のアーム１５の基端部に放熱機構２０を設けたことにより、同第２のアーム１５の基端部に配置されることの多い同アームを駆動させる第２モーターＭ２と放熱機構２０との間の距離が短くされ、第２モーターＭ２の発熱が放熱機構に効率良く伝達されるようになる。これにより、第２モーターＭ２の発熱が効率良く放熱されるようになるとともに、同発熱により局部的に加熱される同第２のアーム１５の基端部の放熱も効率良く行われるようになる。その結果、第２モーターＭ２及び第２のアーム１５の温度上昇が抑制されるようになる。
【００３７】
（５）放熱機構２０の放熱フィン２１の間の空間２２には暖められた空気により生じる上昇気流に基づく自然対流が生じるようになることから、同対流により放熱機構２０を通じての第２のアーム１５の熱の放熱が行われ、これによっても第２モーターＭ２及び第２のアーム１５の温度上昇が抑制されるようになる。
【００３８】
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、外側面１５ａ（後外側面１５ｂ）は、軸心Ｃ２の方向に平行な面であったが、これに限らず、外側面は軸心に対して傾斜を有していてもよい。これにより、放熱フィンを設けることのできるアーム形状の自由度が高められる。
【００３９】
・上記実施形態では、複数の放熱フィン２１を軸心Ｃ２方向に平行に延びる壁状の突部としたが、これに限らず、放熱フィンは、放熱機構の放熱量を多くすることができるのであれば、その他の方向に延びるかたちに設けられてもよい。例えば、後外側面１５ｂには、図４に示すように、軸心Ｃ２の方向に垂直方向に延びる壁状の突部としての放熱フィン２４が複数設けられても、図５に示すように、棒状の突部としての放熱ピン２７が複数も受けられてもよい。
【００４０】
後外側面１５ｂに第２のアーム１５の旋回面に平行な放熱フィン２４が設けられた場合、各放熱フィン２４の間に形成されている空間２５には、第２のアーム１５の旋回により生じる空気の流れ基づく強制的な空気の対流が生じるようになり、第２のアーム１５が旋回された場合の放熱効率が高められるようになる。
【００４１】
また、後外側面１５ｂに放熱ピン２７が設けられた場合、各放熱ピン２７間に設けられた第２のアーム１５の旋回面に平行な空間２８には、第２のアーム１５の旋回に伴う気流に基づく空気の流通が生じるようになり、第２のアーム１５が旋回された場合の放熱効率が高められるようになる。一方、各放熱ピン２７間に設けられた第２のアーム１５の軸心Ｃ２に平行な空間２９には、放熱ピン２７から放熱される熱に伴う自然対流が生じるようになり第２のアーム１５が停止されている場合であれ、第２のアーム１５から効率よく放熱されるようになっている。
【００４２】
・上記実施形態では、放熱フィン２１は軸心Ｃ２の方向に平行に、また変更例では、放熱フィン２４は軸心Ｃ２方向に垂直に設けられたが、これに限らず、放熱フィンは軸心に対して傾斜を有していてもよい。これにより、アーム形状に好適な形状の放熱フィンをアームに形成することができるようになる。
【００４３】
・上記実施形態及び変更例では、外側面に放熱フィン２１や放熱フィン２４及び放熱ピン２７のいずれか一つの形状のみが設けられていたが、これに限らず、外側面にはそれら放熱フィンや放熱ピンが適宜組み合わせて設けられてもよい。
【００４４】
・上記実施形態及び変更例では、外側面に放熱フィン２１や放熱フィン２４は壁状に形成されたが、これに限らず、それら放熱フィンにはその放熱フィンを横切るように切り欠
き部が複数形成されてもよい。これにより切り欠き部の形成された部分には、放熱ピン２７と同様の空気が流通されるようになる。これにより、放熱機構の各突部は、空気との接触面積が増加されたり、空気の流通量が増加されたりするようにもなり、放熱機構によるアームの熱の放熱がより効率的に行われ、モーター及びアームの温度上昇がより好適に抑制されるようになる。
【００４５】
・上記実施形態では、放熱機構２０を第２のアーム１５の基端部に設けたが、これに限らず、放熱機構は第２のアームのその他の外側面に設けられてもよい。これにより、このような放熱機構の採用可能性が高められる。
【００４６】
・上記実施形態では、放熱機構２０を第２のアーム１５に設けたが、これに限らず、放熱機構はその他のアームに設けられてもよい。これにより、このような放熱機構の採用可能性がさらに高められる。
【００４７】
・上記実施形態では、第２のアーム１５は鋳鉄により形成されたが、これに限らず、第２のアームとしては、例えば、アルミニウムや鉄などの金属材料やそれら金属材料を含む合金材料から剛性及び熱伝導性を有する態様に鋳造やプレス、切り出し加工などにより形成されてもよい。このとき、プレス、切り出し加工などいずれの加工方法であれアームに放熱機構を一体成型することにより、アームの熱を効率のよく放熱する放熱機構をアームに設けることができるようになる。
【符号の説明】
【００４８】
１１…基台、１２…基台軸、１３…第１のアーム、１４…回転軸としての支持軸、１５…旋回型アームとしての第２のアーム、１５ａ…外表面としての外側面、１５ｂ…後外側面、１５Ｃ…アームカバー、１６…上下回転軸、１６Ｂ…ボールねじナット、１６Ｓ…スプラインナット、１７…下端部、２０…放熱機構、２１…放熱フィン、２２…空間、２４…放熱フィン、２５…空間、２７…放熱ピン、２８，２９…空間、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…軸心、Ｍ１…第１モーター、Ｍ２…第２モーター、Ｍ３…回転モーター、Ｍ４…昇降モーター、Ｍ２Ｆ…フランジ。
【図１】
2010221340.tif 000003
【図２】
2010221340.tif 000004
【図３】
2010221340.tif 000005
【図４】
2010221340.tif 000006
【図５】
2010221340.tif 000007