(57)【要約】【課題】重力補償を行うエアシリンダ用の可動空間を小さくする。【解決手段】上下方向に移動可能に設けられたシャフト５を収納する密閉筒体１３を備え、この密閉筒体１３に該密閉筒体１３内にエアを供給・排気するエア供給排気部２８を設けるように構成したので、シャフト５と密閉筒体（シリンダ本体）１３が一体化し、別途設けていた重力補償を行うエアシリンダ用の可動空間を不要にできるから、エアシリンダ用可動空間を小さくすることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スカラ型ロボットのアームと、
前記アームの先端部に上下方向に移動可能に設けられたシャフトと、
前記アームの先端部の上面部に設けられ、前記シャフトを収納する密閉筒体と、
前記密閉筒体に設けられ、前記密閉筒体内にエアを供給・排気するエア供給排気部と、
前記シャフトのうちの手先を取り付ける側の端部と反対側の端部に設けられ、前記シャフトの外径寸法よりも小さい外径の結合部とそれに続くように形成され前記結合部の外径寸法と同じかそれよりも大きい外径の円板状部とから構成されたシャフトエンド部と、を備えてなるロボットの重力補償機構。
【請求項２】
前記複数の筒のうちの最も内側の筒の上端側の内径寸法が、当該筒の下端側の内径寸法よりも小さく構成され、
前記複数の筒は、隣接する筒との係合点に弾性部材製のシール部材を有し、前記シール部材が摺動することで移動可能なように構成され、
前記シャフトエンド部の円板状部の外周部の下部における前記最も内側の筒の内周部との係合点に弾性部材製のシール部材が備えられ、前記シール部材が摺動することで前記シャフトエンド部の円板状部は前記最も内側の筒に対し移動可能なように構成され、
前記シャフトエンド部の円板状部の外周部の上部における前記最も内側の筒の内周部の内径寸法が小さい上端側との接触点に弾性部材製の接触用のシール部材が備えられ、前記シャフトが上方向に移動されて前記接触用のシール部材が前記最も内側の筒の内周部の上端側に接触すると、常に接触した密着状態となるように構成され、
前記シャフトエンド部の円板状部の下部のシール部材が前記最も内側の筒の内周部に対して摺動するときの摺動抵抗は、前記複数の筒における隣接する筒との係合点にあるシール部材の摺動抵抗よりも小さくなるように構成し、
前記シャフトエンド部の円板状部の接触用シール部材と前記最も内側の筒の内周部の内径寸法が小さい上端側との摺動抵抗は、前記各筒の前記シール部材の摺動抵抗よりも大きくなるように構成したことを特徴とする請求項１記載のロボットの重力補償機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アームの先端部に上下方向に移動可能に設けられたシャフトの重力補償を行うロボットの重力補償機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
スカラ型ロボット（水平４軸ロボット）においては、アームの先端部にシャフトを上下方向に移動可能、且つ、回転可能に設けている。アームの先端部の上面部におけるシャフトの近傍には、シャフトの上下方向の移動の重力補償を行うエアシリンダが上方へ向けて立設されている。尚、重力補償用のエアシリンダを備えたロボットの一例が特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−６０６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来構成の場合、エアシリンダがアームの上面部から上方へ突出しているので、アーム用可動空間とは別にエアシリンダ用可動空間が必要になる。尚、シャフトは上下方向に移動可能であるから、シャフトを下方へ移動させた状態で使用すれば、シャフト用可動空間は小さくすることができる。
【０００５】
近年、ロボットは小型化が求められており、それは単にロボットのボディサイズを小型化するだけでなく、作業に直接関与しない余分な部材用の可動空間も極力小さくすることが要請されている。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、重力補償を行うエアシリンダ用の可動空間を小さくすることができるロボットの重力補償機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明によれば、上下方向に移動可能に設けられたシャフトを収納する密閉筒体を備え、この密閉筒体に前記密閉筒体内にエアを供給・排気するエア供給排気部を設け、前記シャフトのうちの手先を取り付ける側の端部と反対側の端部に設けられ、前記シャフトの外径寸法よりも小さい外径の結合部とそれに続くように形成され前記結合部の外径寸法と同じかそれよりも大きい外径の円板状部とから構成されたシャフトエンド部を備える構成としたので、シャフトと密閉筒体（エアシリンダ）が一体化し、別途設けていた重力補償を行うエアシリンダ用可動空間を不要にできるから、エアシリンダ用可動空間を小さくすることができる。
【０００８】
請求項２の発明によれば、シャフトエンド部の円板状部の下部のシール部材が最も内側の筒の内周部に対して摺動するときの摺動抵抗は、複数の筒における隣接する筒との係合点にあるシール部材の摺動抵抗よりも小さくなるように構成したので、シャフトが上昇するときは、最初はシャフトだけが上昇し、複数の筒は動かない。そして、シャフトエンド部の円板状部の接触用のシール部材が、最も内側の筒の内周部の内径寸法が小さい上端側と接触する位置まで、シャフトが上昇すると、それ以降、シャフトの上昇に伴って、最も内側の筒が上昇し始め、その後、最も内側の筒の外側の筒も順次上昇する。
【０００９】
逆に、シャフトを下降させるときは、シャフトエンド部の円板状部の接触用のシール部材と最も内側の筒の内周部の内径寸法が小さい上端側との摺動抵抗が、各筒のシール部材の摺動抵抗よりも大きく構成されているので、最初は各筒が下降することになり、シャフトと最も内側の筒との相対位置は変わらない。そして、複数の筒が限界まで下降した後で、初めてシャフトが最も内側の筒との相対位置を替えるように下降しはじめる。
【００１０】
従って、シャフトが上昇するときは上記位置まで複数の筒は上昇しない。また、シャフトが下降するときは最初から複数の筒が下降するようになるので、密閉筒体の高さは、いつも必要最小限の高さとなり、余分な可動用空間をより一層削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態を示すもので、（ａ）はエアシリンダが最も伸びた状態を示すスカラ型ロボットの斜視図、（ｂ）はエアシリンダが最も収縮した状態を示すスカラ型ロボットの斜視図
【図２】エアシリンダが最も収縮し、且つ、シャフトが最も下降した状態の縦断面図
【図３】エアシリンダが最も収縮し、且つ、シャフトだけが上昇する上限位置まで上昇した状態の縦断面図
【図４】シャフトおよび最内周筒が一体に上昇する状態を示す縦断面図
【図５】エアシリンダが最も伸び、且つ、シャフトが最も上昇した状態の縦断面図
【図６】シャフトおよび最内周筒が一体に下降し、複数の筒が下降し始める状態を示す縦断面図
【図７】シャフトおよび最内周筒が一体に下降し、複数の筒の下降の途中状態を示す縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態について、図１ないし図７を参照して説明する。まず、図１は、本実施形態のスカラ型ロボットの外観構成を示す図である。この図１に示すように、スカラ型ロボットの本体１は、設置面に固定されるベース２と、このベース２の上部に垂直軸Ｊ１を中心に旋回可能に連結された第１アーム３と、この第１アーム３の先端部に垂直軸Ｊ２を中心に旋回可能に連結された第２アーム４と、第２アーム４の先端部に上下動可能で且つ回転可能に設けられたシャフト５とから構成されている。上記シャフト５の下端部に、ワーク（図示しない）を把持するクランプ等の手先を着脱可能に取付ける構成となっている。
【００１３】
第２アーム４の先端部におけるシャフト５に隣接する部位には、シャフト５移動駆動用のラック６がシャフト５と一体に上下方向に移動可能に設けられている。ラック６は、第２アーム４の内部に配設されたモータ（図示しない）により回転駆動されるピニオンギア（図示しない）と噛み合うことにより、上下方向に移動駆動される構成となっている。
【００１４】
第２アーム４の先端部の上面部におけるシャフト５に対応する部位には、シャフト５の上下方向の移動の重力補償を行うエアシリンダ７が配設されている。このエアシリンダ７は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、上下方向に伸縮する構造、即ち、テレスコピック構造を有するテレスコ型エアシリンダである。以下、上記エアシリンダ７およびシャフト５の具体的構成について、図２ないし図７に従って説明する。
【００１５】
まず、シャフト５の配設構造について説明する。図２に示すように、上下２個の円環状のシャフトハウジング８（上部側の１個のシャフトハウジング８だけを図示する）が第２アーム４の上下面にねじ止めされている。これらシャフトハウジング８には、シャフト支持筒９が軸受１０を介して回転可能に支持されている。このシャフト支持筒９は、第２アーム４内に配設された図示しないモータにより回転駆動される。
【００１６】
上記シャフト支持筒９内には、シャフト５が回り止め状態で上下方向に移動可能に支持されている。シャフト５は、ラック６（図１参照）と一体に上下方向に移動するように設けられており、第２アーム４の内部のモータによりピニオンギアおよびラック６を介して上下方向に移動駆動される。
【００１７】
シャフト５の一端部である上端部には、外形寸法がシャフト５の本体部分よりも小さい結合部１１ａと、この結合部１１ａに続くように設けられ外形寸法が上記本体部分よりも若干大きい円板状部１１ｂとから構成されたシャフトエンド部１１が形成されている。
【００１８】
さて、上部側のシャフトハウジング８の上部には、シリンダ本体（密閉容器）１３がシャフト支持筒９の上端部を覆うように例えばねじ止めにより固定されている。シリンダ本体１３は、上下方向に伸縮可能なテレスコピック型伸縮筒体から構成されていると共に、上昇するシャフト５を収容する機能を有している（図５参照）。
【００１９】
具体的には、シリンダ本体１３は、複数例えば３個の筒、具体的には、円筒状の固定筒１４と、この固定筒１４内に上下方向に移動可能に設けられ固定筒１４よりも少し小径の中間筒１５と、この中間筒１５内に上下方向に移動可能に設けられ中間筒１５よりも少し小径の最内周筒１６とから構成されている。固定筒１４の下端部には、径大なハウジング部１７が形成されており、このハウジング部１７をシャフトハウジング８の上部に固定している。ハウジング部１７の内周部とシャフト支持筒９の外周部との間は、弾性部材製のシール部材１８によりシール（密閉）されている。
【００２０】
固定筒１４の内周部と中間筒１５の外周部との間には、弾性部材製のシール部材１９、２０が配設されており、これらシール部材１９、２０により中間筒１５が上下移動可能にシールされている。シール部材１９は、固定筒１４の内周部の上端部に設けられている。シール部材２０は、中間筒１５の外周部の下端部に設けられている。中間筒１５が上下移動するときに、シール部材１９が中間筒１５の外周部上を摺動し、シール部材２０が固定筒１４の内周部上を摺動する。
【００２１】
中間筒１５の内周部と最内周筒１６の外周部との間には、弾性部材製のシール部材２１、２２が配設されており、これらシール部材２１、２２により最内周筒１６が上下移動可能にシールされている。シール部材２１は、中間筒１５の内周部の上端部に設けられている。シール部材２２は、最内周筒１６の外周部の下端部に設けられている。最内周筒１６が上下移動するときに、シール部材２１が最内周筒１６の外周部上を摺動し、シール部材２２が中間筒１５の内周部上を摺動する。
【００２２】
最内周筒１６の内周部とシャフト５のシャフトエンド部１１の円板状部１１ｂの外周部との間には、弾性部材製のシール部材２３が配設されており、このシール部材２３によりシャフトエンド部１１が上下移動可能にシールされている。シール部材２３は、シャフトエンド部１１の円板状部１１ｂの外周部の下端部に設けられている。シャフト５（シャフトエンド部１１）が上下移動するときに、シール部材２３が最内周筒１６の内周部上を摺動する。
【００２３】
最内周筒１６の内周部の上端部分には、内径寸法が少しずつ小さくなる傾斜面部２４が形成されている。シャフトエンド部１１の円板状部１１ｂの外周部の上端部には、上記傾斜面部２４に当接する弾性部材製のシール部材２５が設けられている（図３参照）。この場合、シャフト５が上昇すると、図３に示すように、シール部材２５が最内周筒１６の内周部の上端部の傾斜面部２４に当接して密着するようになっている。
【００２４】
また、最内周筒１６の上端部は、閉塞部２６により閉塞されている。最内周筒１６の上端部には、例えば４個の通気口１６ａが形成されており、各通気口１６ａには塵埃や油等を除去するフィルタ２７が設けられている。
【００２５】
更に、固定筒１４の下端部のハウジング部１７には、エア供給排気連結管（エア供給排気部）２８が連結されており、このエア供給排気連結管２８にはいずれも図示しないエアホースまたはエア管が接続されている。この場合、図示しないエア供給装置から、上記エアホースおよびエア供給排気連結管２８を介して固定筒１４内（ひいてはシリンダ本体１３内）にエアを供給することが可能なように構成されている。また、図示しないエア排気装置によって、上記エアホースおよびエア供給排気連結管２８を介して固定筒１４内（ひいてはシリンダ本体１３内）のエアを排気することが可能なように構成されている。尚、エアの供給量（供給圧）や、エアの排気量（排気圧）は、図示しない制御装置によって制御可能な構成となっている。
【００２６】
次に、上記した構成のシャフト５およびエアシリンダ７の動作について、図２ないし図７を参照して説明する。まず、図２に示す状態は、シャフト５を下限位置まで下降させた状態である。この状態で、ラック６を上昇させると共に、エア供給排気連結管２８を介してシリンダ本体１３内にエアを供給することにより、シャフト５を上昇させる。この場合、シール部材２３と最内周筒１６の内周部との摺動抵抗は小さく設定されているから、最内周筒１６は上昇することがなく、シャフト５だけが上昇する。
【００２７】
この後、図３に示すように、シャフト５のシャフトエンド部１２（のシール部材２５）が最内周筒１６の内周部の上端部の傾斜面部２４に当接すると、これ以降は、図４に示すように、ラック６の上昇力とエア供給排気管２８から供給されるエアの圧力により、シャフト５および最内周筒１６が一体に上昇する。この場合、シール部材２２と中間筒１５の内周部との摺動抵抗、および、シール部材２１と最内周筒１６の外周部との摺動抵抗は小さく設定されおり、中間筒１５は上昇することなく、シャフト５および最内周筒１６が上昇する。
【００２８】
そして、最内周筒１６の下端部のシール部材２２が中間筒１５の上端部のシール部材２１に当接する位置まで、シャフト５および最内周筒１６が上昇すると、これ以降は、ラック６の上昇力とエア供給排気管２８から供給されるエアの圧力により、シャフト５、最内周筒１６および中間筒１５が一体に上昇する。この場合、シール部材２０と固定筒１４の内周部との摺動抵抗、および、シール部材１９と中間筒１５の外周部との摺動抵抗は小さく設定されおり、シャフト５、最内周筒１６および中間筒１５が上昇する。そして、シャフト５（ひいては最内周筒１６および中間筒１５）は、図５に示す上限位置まで上昇することができる。
【００２９】
次に、図５に示す上限位置からシャフト５を下降させる動作について説明する。図５に示す状態で、ラック６の下降力とエア供給排気管２８を通して排気されるエアの排気圧により、シャフト５および最内周筒１６が一体に下降する。この場合、シール部材２２と中間筒１５の内周部との摺動抵抗、および、シール部材２１と最内周筒１６の外周部との摺動抵抗が小さく設定されていると共に、シャフト５のシャフトエンド部１１のシール部材２５が最内周筒１６の内周部の上端部の傾斜面部２４に当接して押圧することによりシール部材２５が傾斜面部２４に密着している密着力が上記各摺動抵抗よりも強く設定されている。このため、図６に示すように、シャフト５のシャフトエンド部１１のシール部材２５が最内周筒１６の内周部の上端部の傾斜面部２４に密着した状態のまま下降し、即ち、シャフト５および最内周筒１６が一体に下降し、中間筒１５内を最内周筒１６（およびシャフト５）が下降する。このとき、中間筒１５も固定筒１４内を少し下降する。
【００３０】
この後、図７に示すように、シャフト５および最内周筒１６が一体に更に下降し、最内周筒１６の上端部の鍔部が中間筒１５の上端部に当接すると、シャフト５、最内周筒１６および中間筒１５が一体に下降し始める。この場合、シール部材２０と固定筒１４の内周部との摺動抵抗、および、シール部材１９と中間筒１５の外周部との摺動抵抗は小さく設定されていると共に、シャフト５のシャフトエンド部１１のシール部材２５が最内周筒１６の内周部の上端部の傾斜面部２４に密着している密着力が上記各摺動抵抗よりも強く設定されている。このため、図７に示すように、シャフト５のシャフトエンド部１１のシール部材２５が最内周筒１６の内周部の上端部の傾斜面部２４に密着した状態のまま下降し、即ち、シャフト５、最内周筒１６および中間筒１５が一体となって固定筒１４内を下降する。
【００３１】
そして、シャフト５、最内周筒１６および中間筒１５が更に下降し、中間筒１５の下端部が固定筒１４内の下部に突設されたリング部１４ａ上に当接すると（図３参照）、シャフト５が最内周筒１６内を下降開始する。この後、シャフト５が下限位置まで下降すると、図２に示す状態となる。
【００３２】
このような構成の本実施形態によれば、エアシリンダ７のシリンダ本体１３内に、シャフト５を収容してシャフト５を上下方向に移動可能に構成したので、従来構成とは異なり、エアシリンダ専用の移動空間を不要にすることができ、それだけ移動空間を小型化することができる。また、本実施形態においては、シリンダ本体１３をテレスコピック構造、即ち、伸縮可能な構成としたので、シリンダ本体１３を収縮させた状態では、シリンダ本体１３の突出寸法をほぼ１／３程度に小さくすることができるから、エアシリンダ７用の移動空間を更に一層小型化することができる。
【００３３】
また、上記実施形態においては、シャフトエンド部１１の円板状部１１ｂの下部のシール部材２３が最内周筒１６の内周部に対して摺動するときの摺動抵抗が、複数の筒１４、１５、１６における隣接する筒との係合点にあるシール部材１９、２０、２１、２２の摺動抵抗よりも小さくなるように構成したので、シャフト５が上昇するときは、最初はシャフト５だけが上昇し、複数の筒１５、１６は動かない。そして、シャフトエンド部１１の円板状部１１ｂの上部のシール部材２５が、最内周筒１６の内周部の内径寸法が小さい上端側の傾斜面部２４と接触する位置まで、シャフト５が上昇すると、それ以降、シャフト５の上昇に伴って、最内周筒１６が上昇し始め、その後、最内周筒１６の外側の中間筒１５も順次上昇する。
【００３４】
逆に、上記実施形態において、シャフト５を下降させるときは、シャフトエンド部１１の円板状部１１ｂの上部のシール部材２５と最内周筒１６の内周部の内径寸法が小さい上端側の傾斜面部２４との密着力（摺動抵抗）が、各筒１４、１５、１６のシール部材１９、２０、２１、２２の摺動抵抗よりも大きくなるように構成されているので、最初は各筒１５、１６が下降することになり、シャフト５と最内周筒１６との相対位置は変わらない。そして、複数の筒１５１６が限界まで下降した後で、初めてシャフ５トが最内周筒１６との相対位置を替えるように下降しはじめる。
【００３５】
従って、上記実施形態では、シャフト５が上昇するときは上記位置（図３参照）まで複数の筒１５、１６は上昇しない。また、シャフト５が下降するときは最初から複数の筒１５、１６が下降するようになるので、シリンダ本体（密閉筒体）１３の高さは、いつも必要最小限の高さとなり、余分な可動用空間をより一層削減することができる。
【００３６】
尚、シリンダ本体１３を３段の筒１４、１５、１６から構成したが、これに限られるものではなく、１段の筒、２段の筒、または、４段以上の筒から構成しても良い。尚、シリンダ本体１３を１段の筒で構成した場合、シリンダ本体は伸縮しないが、シリンダ本体内にシャフト５が収容される構成であるので、シリンダ本体専用の可動空間を別途必要としないので、従来構成に比べて、エアシリンダ用の可動空間を小さくすることができる。
【符号の説明】
【００３７】
図面中、１は本体、３は第１アーム、４は第２アーム、５はシャフト、７はエアシリンダ、８はシャフトハウジング、９はシャフト支持筒、１１ａは結合部、１１ｂは円板状部、１１はシャフトエンド部、１３はシリンダ本体（密閉筒体）、１４は固定筒、１５は中間筒、１６は最内周筒、１８はシール部材、１９はシール部材、２０はシール部材、２１はシール部材、２２はシール部材、２３はシール部材、２４は傾斜面部、２５はシール部材、２８はエア供給排気連結管を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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