(57)【要約】      （修正有）【課題】永久磁石を組み込んだ小型で汎用性に優れるアシスト機構を組み込んだ回転軸駆動装置を提供する。【解決手段】アシスト機構(10)は、軸支持機構(3)に固定され複数の第１永久磁石(13)を備えた環状の第１支持部材(11)と、回転軸(2a)に固定的に連結され複数の第２永久磁石(14)を備えた環状の第２支持部材(12)とを備える。第１永久磁石(13)と第２永久磁石(14)は、それぞれ周方向に間欠的に並べて保持され且つ磁界の方向を回転軸(2a)の軸心(A)と平行方向に向けられて、前記軸心と平行方向に接近状態で対向可能に配設される。回転駆動手段(5)により回転軸(2a)を正転方向と逆転方向の少なくとも一方に設定角度回転させる際に、第１永久磁石(13)と第２永久磁石(14)の磁力により回転駆動手段(5)の負荷を軽減するアシストトルクを発生させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、この回転軸を回転自在に支持する軸支持機構と、前記回転軸を正転方向と逆転方向に回転駆動可能な回転駆動手段と、前記回転軸によりこの回転軸を中心として揺動駆動される被駆動部材とを有する回転軸駆動装置において、
前記軸支持機構に固定され且つ前記回転軸の外周側に配設された環状の第１支持部材と、
前記回転軸に固定的に連結され且つ前記回転軸の外周側に配設された環状の第２支持部材と、
前記第１支持部材に周方向に間欠的に並べて保持され且つ磁界の方向を前記回転軸の軸心と平行方向に向けた複数の第１永久磁石と、
前記第２支持部材に周方向に間欠的に並べて保持され且つ磁界の方向を前記軸心と平行方向に向けた複数の第２永久磁石とを備えたアシスト機構を設け、
前記複数の第１永久磁石と複数の第２永久磁石は、前記軸心と平行方向に接近状態で対向可能に配設され、
前記アシスト機構は、前記回転駆動手段により前記回転軸を予め設定された設定回転位置から正転方向と逆転方向の少なくとも一方に設定角度回転させる際に、前記複数の第１永久磁石と複数の第２永久磁石の磁力により回転駆動手段の負荷を軽減するアシストトルクを発生させるように構成されたことを特徴とする回転軸駆動装置。
【請求項２】
複数の第１，第２永久磁石において、周方向に隣接する各対の永久磁石の磁界の方向は逆向きに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の回転軸駆動装置。
【請求項３】
前記第１支持部材は、磁性材料製の第１環状基板と、この第１環状基板に固定された非磁性材料製の環状の第１磁石保持板とを有し、
前記第２支持部材は、磁性材料製の第２環状基板と、この第２環状基板に固定された非磁性材料製の環状の第２磁石保持板であって第１磁石保持板との間に微小隙間を空けて近接する環状の第２磁石保持板とを有し、
前記第１磁石保持板に周方向に間欠的に複数の第１磁石収容穴が形成され、これら複数の第１磁石収容穴に複数の第１永久磁石が夫々収容され、
前記第２磁石保持板に周方向に間欠的に複数の第２磁石収容穴が形成され、これら複数の第２磁石収容穴に複数の第２永久磁石が夫々収容され、
前記各第１磁石収容穴には第２磁石保持板側を塞ぐ５ｍｍ以下の厚さの底壁が形成され、前記各第２磁石収容穴には第１磁石保持板側を塞ぐ５ｍｍ以下の厚さの底壁が形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転軸駆動装置。
【請求項４】
前記複数の第１，第２永久磁石は、夫々、周方向４等分位置に配設された４つの永久磁石であり、第１，第２永久磁石の各々は回転軸の軸心に対する開角が５０〜７０°の円弧形状に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転軸駆動装置。
【請求項５】
前記複数の第１，第２永久磁石は、夫々、周方向６等分位置に配設された６つの永久磁石であり、第１，第２永久磁石の各々は回転軸の軸心に対する開角が４０〜４５°の円弧形状に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転軸駆動装置。
【請求項６】
前記複数の第１，第２永久磁石は、夫々、周方向の３等分位置のうちの２位置に配設された２つの永久磁石であり、第１，第２永久磁石の各々は回転軸の軸心に対する開角が８０〜１００°の円弧形状に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転軸駆動装置。
【請求項７】
前記第１磁石保持板のうち、前記回転軸が回転する際に前記第２永久磁石と対向する部分に磁性材料製の第１磁路形成部材が組み込まれ、
前記第２磁石保持板のうち、前記回転軸が回転する際に前記第１永久磁石と対向する部分に磁性材料製の第２磁路形成部材が組み込まれたことを特徴とする請求項６に記載の回転軸駆動装置。
【請求項８】
前記回転軸は、ロボットの関節部に装備された回転軸であり、前記被駆動部材は前記ロボットのアーム部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転軸駆動装置。
【請求項９】
前記回転軸は、インデクサー装置の枢支軸であり、前記被駆動部材はインデクサー装置のテーブルユニットであることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転軸駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸駆動装置に関し、特に永久磁石の磁力により回転軸駆動手段の負荷を軽減するアシストトルクを発生させるアシスト機構を設けたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
軸支持機構に回転軸を回転可能に支持し、回転軸にアーム部材等の被駆動部材の一端部材を連結し、回転駆動手段により回転軸を回転させることで、被駆動部材を回転軸の回りに揺動駆動する回転軸駆動装置が、種々の機械装置に組み込まれている。被駆動部材の慣性モーメントが大きくなる場合には、通常は回転軸駆動装置を大型にするが、大型の回転軸駆動装置を採用しても、回転駆動の高速化を図ることが困難になる。特に、被駆動部材及びそれに付属する付属部材の自重に起因する負荷が作用する場合、回転軸駆動装置は、上記の自重に起因する負荷に抗して回転軸を回転駆動する必要もある。そこで、回転軸駆動装置の高速化及び／又は小型化を図るため、回転軸駆動装置の負荷の一部を軽減するアシスト手段を組み込む技術は公知である。  
【０００３】
特許文献１に記載のインデクサー装置においては、テーブルユニットを回転させる回転軸にほぼ楕円形のカム板を取り付け、軸支持機構に装備したガススプリングの出力ロッドの先端のローラをカム板の外周面に当接させ、テーブルユニットが最下位置から上方へ揺動する際に、ガススプリングによりアシストトルクを発生させる。
【０００４】
特許文献２に多関節ロボットにおいては、下部アーム（被駆動部材）の下端部を回転させる回転軸にガススプリングの一端を連結し、下部アームを上方へ揺動駆動する際に、ガススプリングによりアシストトルクを発生させる。
特許文献３の図１、図２に記載のロボットにおいては、スプリングユニットによってアシストトルクを発生させるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−３２８２７号公報
【特許文献２】特開２０１４−１９５８４９号公報
【特許文献３】特許第３６１４３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ガススプリングによりアシストトルクを発生させるアシスト機構では、ガススプリングの全長が大きく、ガススプリングを回転軸駆動装置の内部に組み込むことができないため、回転軸駆動装置が大型化する。多関節ロボット等においては、複数のアーム部材を備えているが、回転軸駆動装置が大型化するため、例えば、下部アームを回転駆動する回転軸駆動部のようなごく一部の回転軸駆動部にしかアシスト機構を採用することができない。このことは、スプリングユニットからなるアシスト機構についても同様である。
【０００７】
本発明の目的は、永久磁石を活用した小型で汎用性に優れるアシスト機構を組み込んだ回転軸駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明（請求項１）の回転軸駆動装置は、回転軸と、この回転軸を回転自在に支持する軸支持機構と、前記回転軸を正転方向と逆転方向に回転駆動可能な回転駆動手段と、前記回転軸によりこの回転軸を中心として揺動駆動される被駆動部材とを有する回転軸駆動装置において、前記軸支持機構に固定され且つ前記回転軸の外周側に配設された環状の第１支持部材と、前記回転軸に固定的に連結され且つ前記回転軸の外周側に配設された環状の第２支持部材と、前記第１支持部材に周方向に間欠的に並べて保持され且つ磁界の方向を前記回転軸の軸心と平行方向に向けた複数の第１永久磁石と、前記第２支持部材に周方向に間欠的に並べて保持され且つ磁界の方向を前記軸心と平行方向に向けた複数の第２永久磁石とを備えたアシスト機構を設け、前記複数の第１永久磁石と複数の第２永久磁石は、前記軸心と平行方向に接近状態で対向可能に配設され、前記アシスト機構は、前記回転駆動手段により前記回転軸を予め設定された設定回転位置から正転方向と逆転方向の少なくとも一方に設定角°回転させる際に、前記複数の第１永久磁石と複数の第２永久磁石の磁力により回転駆動手段の負荷を軽減するアシストトルクを発生させるように構成したことを特徴としている。
【０００９】
請求項２の回転軸駆動装置は、請求項１の発明において、複数の第１，第２永久磁石において、周方向に隣接する各対の永久磁石の磁界の方向は逆に設定されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項３の回転軸駆動装置は、請求項１又は２の発明において、前記第１支持部材は、磁性材料製の第１環状基板と、この第１環状基板に固定された非磁性材料製の環状の第１磁石保持板とを有し、前記第２支持部材は、磁性材料製の第２環状基板と、この第２環状基板に固定された非磁性材料製の環状の第２磁石保持板であって第１磁石保持板との間に微小隙間を空けて近接する環状の第２磁石保持板とを有し、前記第１磁石保持板に周方向に間欠的に複数の第１磁石収容穴が形成され、これら複数の第１磁石収容穴に複数の第１永久磁石が夫々収容され、前記第２磁石保持板に周方向に間欠的に複数の第２磁石収容穴が形成され、これら複数の第２磁石収容穴に複数の第２永久磁石が夫々収容され、前記各第１磁石収容穴には第２磁石保持板側を塞ぐ５ｍｍ以下の厚さの底壁が形成され、前記各第２磁石収容穴には第１磁石保持板側を塞ぐ５ｍｍ以下の厚さの底壁が形成されたことを特徴としている。
【００１１】
請求項４の回転軸駆動装置は、請求項１又は２の発明において、前記複数の第１，第２永久磁石は、夫々、周方向４等分位置に配設された４つの永久磁石であり、第１，第２永久磁石の各々は回転軸の軸心に対する開角が５０〜７０°の円弧形状に形成されたことを特徴としている。
【００１２】
請求項５の回転軸駆動装置は、請求項１又は２の発明において、前記複数の第１，第２永久磁石は、夫々、周方向６等分位置に配設された６つの永久磁石であり、第１，第２永久磁石の各々は回転軸の軸心に対する開角が４０〜４５°の円弧形状に形成されたことを特徴としている。
【００１３】
請求項６の回転軸駆動装置は、請求項１又は２の発明において、前記複数の第１，第２永久磁石は、夫々、周方向の３等分位置のうちの２位置に配設された２つの永久磁石であり、第１，第２永久磁石の各々は回転軸の軸心に対する開角が８０〜１００°の円弧形状に形成されたことを特徴としている。
【００１４】
請求項７の回転軸駆動装置は、請求項６の発明において、前記第１磁石保持板のうち、前記回転軸が回転する際に前記第２永久磁石と対向する部分に磁性材料製の第１磁路形成部材が組み込まれ、前記第２磁石保持板のうち、前記回転軸が回転する際に前記第１永久磁石と対向する部分に磁性材料製の第２磁路形成部材が組み込まれたことを特徴としている。
【００１５】
請求項８の回転軸駆動装置は、請求項１又は２の発明において、前記回転軸は、ロボットの関節部に装備された回転軸であり、前記被駆動部材は前記ロボットのアーム部材であることを特徴としている。
【００１６】
請求項９の回転軸駆動装置は、請求項１又は２の発明において、前記回転軸は、インデクサー装置の枢支軸であり、前記被駆動部材はインデクサー装置のテーブルユニットであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、課題解手段の欄に記載した構成を有するため、前記回転軸が設定回転位置（例えば、被駆動部材及びそれに支持されたワーク等の回転方向の位置エネルギが最小となるホームポジション回転位置）にある場合に、複数の第１永久磁石と複数の第２永久磁石とが夫々対向し、複数の第１永久磁石の磁界方向と複数の第２永久磁石の磁界の方向が対向（逆向き）状態になるように設定しておくものとする。その設定回転位置から回転軸を正転方向と逆転方向の少なくとも一方へ回転させると、回転軸により被駆動部材が上方へ揺動駆動され、回転駆動手段の負荷が大きくなる。このとき、アシスト機構は、複数の第１永久磁石と複数の第２永久磁石の磁力（吸引力及び／又は反発力）で、回転駆動手段の負荷を軽減するアシストトルクを発生させるため、回転駆動手段の小型化を図ることができ、回転軸の回転動作の高速化を図ることもできる。
【００１８】
複数の第１，第２永久磁石でもってアシストトルクを発生させるアシスト機構は、小型のものに構成できるため、複数の第１，第２永久磁石を含むアシスト機構を回転軸駆動装置の回転軸の外周側周辺部に組み込みことが可能である。そのため、例えば、多関節ロボットの複数の関節部の各々の回転軸駆動装置等にも採用可能になる等、汎用性に優れる。
尚、設定回転位置は、ホームポジション回転位置に限るものではなく、所望の回転位置
に設定可能である。
【００１９】
請求項２の発明によれば、複数の第１，第２永久磁石において、周方向に隣接する各対の永久磁石の磁界の方向は逆に設定されているため、第１，第２永久磁石の吸引力と反発力によりアシストトルクを発生することができる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、第１支持部材を磁性材料製の第１環状基板と非磁性材料製の第１磁石保持板とで構成し、第２支持部材を磁性材料製の第２環状基板と非磁性材料製の第２磁石保持板とで構成し、第１磁石保持板に形成した複数の第１磁石収容穴に複数の第１永久磁石を収容し、第２磁石保持板に形成した複数の第２磁石収容穴に複数の第２永久磁石を収容するため、アシストトルクの発生に有利な磁路を形成することができる。
そして、各第１磁石収容穴に第２磁石保持板側を塞ぐ５ｍｍ以下の厚さの底壁を形成し、各第２磁石収容穴に第１磁石保持板側を塞ぐ５ｍｍ以下の厚さの底壁を形成したため、第１，第２永久磁石が密着状に吸着するのを防止しながら、第１，第２永久磁石間に作用する磁力が弱くなるのを防止できる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、回転軸が設定回転位置から正転方向及び逆転方向へ約９０°回転するまでアシストトルクを発生させることができる。
請求項５の発明によれば、回転軸が設定回転位置から正転方向及び逆転方向へ約４５°回転するまでアシストトルクを発生させることができる。
【００２２】
請求項６の発明によれば、回転軸が設定回転位置から正転方向又は逆転方向へ約１２０°回転するまでアシストトルクを発生させることができる。
請求項７の発明によれば、アシストトルクを発生させる際に、閉ループ状の磁路を確実に形成することができる。
【００２３】
請求項８の発明によれば、ロボットの関節部の回転軸を回転駆動手段で回転駆動してアーム部材（被駆動部材）を揺動駆動する際にアシストトルクを発生させることができる。
請求項９の発明によれば、インデクサー装置のテーブルユニットを最下位置から上方へ揺動させる際に、アシストトルクを発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例１に係るインデクサー装置の正面図である。
【図２】インデクサー装置の回転駆動機構の周辺部の縦断面図である。
【図３】アシスト機構の斜視図である。
【図４】アシスト機構の縦断面図である。
【図５】図４のＣ部拡大図である。
【図６】図４のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】ホームポジション回転位置のときの磁界の状態を説明する説明図である。
【図９】アシストトルク発生時の磁路を説明する説明図である。
【図１０】アシスト終了状態のときの磁路を説明する説明図である。
【図１１】実施例２に係る多関節ロボットの要部の正面図である。
【図１２】実施例２の第１アシスト機構の図７相当図である。
【図１３】実施例２の第１アシスト機構の図８相当図である。
【図１４】実施例２の第２アシスト機構の図７相当図である。
【図１５】実施例２の第２アシスト機構の図８相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する
【実施例１】
【００２６】
本実施例は、工作機械により機械加工を施すワークを着脱自在に装着するインデクサー装置に、本願特有のアシスト機構を含む回転軸駆動装置を適用した場合の一例である。以下、図１における上下左右方向を上下左右方向として説明する。
【００２７】
図１に示すように、インデクサー装置１は、テーブルユニット２、テーブルユニット２上に旋回可能に装備されたターンテーブル３、テーブルユニット２に固定された左右１対の回転軸（枢支軸）２ａ，２ｂ、回転軸２ａを回転自在に支持する左軸支持機構３、回転軸２ｂを回動自在に支持する右軸支持機構４、テーブルユニット２と回転軸２ａ，２ｂを水平な回転軸心Ａ回りに揺動駆動（回転駆動）する電動モータ５ａを有する回動駆動機構５、テーブルユニット２を最下位置から上方へ揺動させる際にアシストトルクを発生させるアシスト機構１０などを備えている。
【００２８】
ここで、テーブルユニット２が「被駆動部材」に相当し、テーブルユニット２と、回転軸２ａ，２ｂと、左右の軸支持機構３，４と、回動駆動機構５と、アシスト機構１０とが本発明の「回転軸駆動装置」に相当する。
【００２９】
図１、図２に示すように、回動駆動機構５は右軸支持機構４に設けられ、この回動駆動機構５から回転軸２ｂに駆動力が入力されて、テーブルユニット２が回動駆動される。この回動駆動機構５は、回転軸２ｂに固定されたウォームホイール５ｂと、このウォームホイール５ｂに噛合した鉛直姿勢のウォームギヤ５ｃと、このウォームギヤ５ｃを回転駆動可能な電動サーボモータ５ａとで構成されている。
【００３０】
テーブルユニット２のテーブル本体２ｃには、図１の旋回軸心Ｂ回りに旋回可能なターンテーブル３と、その回転駆動機構（図示略）が設けられ、このターンテーブル３にワークＷが着脱自在に装着され、ワークＷに機械加工が施される。
【００３１】
ここで、テーブルユニット２は、回転軸２ａの右端部に一体的に連結されて回転軸２ａの軸心Ａと直交する下方へ所定長さ延びる左腕部２ｄと、回転軸２ｂの左端部に一体的に連結されて回転軸２ｂの軸心Ａと直交する下方へ所定長さ延びる右腕部２ｅと、テーブル本体２ｃとを備え、テーブル本体２ｃの左右の端部は左右の腕部２ｄ，２ｅの下端部に一体的に連結されている。図１に示すように、テーブル本体２ｃが最下位置に水平姿勢に位置する状態が、テーブルユニット２のホームポジションであり、このホームポジションのとき回転軸２ａ，２ｂもホームポジション回転位置になる。本実施例では、回転軸２ａ，２ｂのホームポジション回転位置が予め設定された「設定回転位置」に相当する。
【００３２】
図１、図３〜図５に示すように、アシスト機構１０は、左側の回転軸２ａにアシストトルクを付与するように組み込まれている。このアシスト機構１０は、回転軸２ａの外周側に配設された環状の第１支持部材１１と、回転軸２aの外周側に配設された環状の第２支持部材１２と、第１支持部材１１に周方向に間欠的に並べて保持された複数（本実施例では４つ）の第１永久磁石１３と、第２支持部材１２に周方向に間欠的に並べて保持された複数（本実施例では４つ）の第２永久磁石１４とを備えている。
【００３３】
第１支持部材１１は、回転軸２ａの軸心Ａと直交する面と平行な磁性材料（例えば、鋼）製の第１環状基板１１ａであって軸支持機構３の縦壁部材３ａ（静止部材）にボルト穴１１ｄを介して複数のボルト１１ｅで固定された第１環状基板１１ａと、第１環状基板１１ａの左端面に複数のボルトで固定され且つ第１環状基板１１ａと平行な非磁性材料(例えば、オーステナイト系ステンレス)製の環状の第１磁石保持板１１ｂとを備えている。
【００３４】
第２支持部材１２は、回転軸２ａの軸心Ａと直交する面と平行な磁性材料製の環状の第２環状基板１２ａと、回転軸２ａに外嵌して固定されると共に第２環状基板１２ａの右端面に固定されて第１磁石保持板１１ｂに微小隙間１５を空けて接近対向する非磁性材料製の第２磁石保持板１２ｂとを備えている。
第２磁石保持板１２ｂは、回転軸２ａに外嵌された筒部１２ｃとこの筒部１２ｃと一体の環状板部１２ｄとで構成されており、筒部１２ｃは第１磁石保持板１１ｂの内周側まで延び、筒部１２ｃの外周側には環状板部１２ｄと第１環状基板１１ａ間にスラストベアリング１６が介装されている。尚、第１環状基板１１ａと第２環状基板１２ａと筒部１２ｃには、回転軸２ａを挿入する為の軸穴１１ｃ，１２ｅ，１２ｆが形成されている。
【００３５】
筒部１２ｃの左側約２／３部分の内周部には、右方ほど小径化する部分円錐面１７が形成され、回転軸２ａの外周面と部分円錐面１７間に環状楔部材１８を嵌入し、環状楔部材１８を複数のボルト１８ａで筒部１２ｃに固定することで、第２環状基板１２ａと第２磁石保持板１２ｂが回転軸２ａに相対回転不能に固定されている。
【００３６】
図４〜図７に示すように、第１磁石保持板１１ｂに周方向に間欠的に複数（本実施例では４つ）の第１磁石収容穴１９が形成され、これら複数の第１磁石収容穴１９に複数の第１永久磁石１３が夫々収容され、複数の第１永久磁石１３の磁界の方向は回転軸２ａの軸心Ａと平行方向に向けられている。尚、図６に示す磁極は、回転軸２ａが設定回転位置にある場合の、第１永久磁石１３の左端における磁極を示す。複数の第１永久磁石１３において、周方向に隣接する各対の永久磁石の磁界の方向は逆向きに設定されている。複数の第１永久磁石１３は、周方向４等分位置に配設された強力な４つの永久磁石（例えば、ネオジウム磁石）であり、第１永久磁石１３は、回転軸の軸心方向に所定の厚さを有し、その厚さの約２倍程度の径方向幅を有し、軸心Ａに対する開角が５０°〜７０°（本実施例では６０°）の円弧形状に形成されている。
【００３７】
第１磁石保持板１１ｂの左端面と第２磁石保持板１２ｂの環状板部１２ｄの右端面は回転軸２ａの軸心Ａと直交する面と平行であり、第１磁石保持板１１ｂの左端面と環状板部１２ｄの右端面との間には微小隙間１５（本実施例では０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ）が形成されている。接触による摩耗を防止する為である。
各第１磁石収容穴１９には第２磁石保持板１２ｂ側を塞ぐ５ｍｍ以下の厚さ（好ましくは２ｍｍ以下の厚さ、本実施例では０．５ｍｍの厚さ）の底壁１９ａが形成されている。この底壁１９ａは第１永久磁石１３と第２永久磁石１４とが強固に吸着するのを防止する為のものである。但し、上記の底壁１９ａは省略してもよいが、この場合、第１永久磁石１３をボルトにより第１環状基板１１ａに固定することが望ましい。
【００３８】
図４〜図７に示すように、第２磁石保持板１２ｂの環状板部１２ｄに周方向に間欠的に複数（本実施例では４つ）の第２磁石収容穴２０が形成され、これら複数の第２磁石収容穴２０に複数の第２永久磁石１４が夫々収容され、複数の第２永久磁石１４の磁界の方向は回転軸２ａの軸心Ａと平行方向に向けられている。尚、図７に示す磁極は、回転軸２ａが設定回転位置にある場合の、第２永久磁石１４の右端における磁極を示す。複数の第２永久磁石１４において、周方向に隣接する各対の永久磁石の磁界の方向は逆向きに設定されている。複数の第２永久磁石１４は、周方向４等分位置に配設された強力な４つの永久磁石であり、各第２永久磁石１４は、回転軸２ａの軸心Ａ方向に所定の厚さを有し、その厚さの約２倍程度の径方向幅を有し、回転軸２ａの軸心Ａに対する開角が５０〜７０°（本実施例では６０°）の円弧形状に形成されている。尚、本実施例では第１，第２永久磁石１３，１４は同サイズ、同形状のものである。
【００３９】
各第２磁石収容穴２０には第１磁石保持板１１ｂ側を塞ぐ５ｍｍ以下の厚さ（好ましくは２ｍｍ以下の厚さ、本実施例では０．５ｍｍの厚さ）の底壁２０ａが形成されている。この底壁２０ａは第１永久磁石１３と第２永久磁石１４とが強固に吸着するのを防止する為のものである。但し、この底壁２０ａは省略してもよいが、この場合、第２永久磁石１４をボルトにより第２環状基板１２ａに固定することが望ましい。
【００４０】
尚、回転軸２ａが設定回転位置から回転するとき、静止側の複数の第１永久磁石１３に対して複数の第２永久磁石１４が相対回転するが、複数の第１永久磁石１３と複数の第２永久磁石１４は、回転軸２ａの軸心Ａと平行方向に接近状態で対向可能に配設されている。
【００４１】
このインデクサー装置１においては、回転軸２ａ，２ｂの正転方向と逆転方向への最大回転角は９０°以下の角度である。そのため、アシスト機構１０は、回転駆動機構５により回転軸２ａ，２ｂを前記ホームポジション回転位置（設定回転位置）から正転方向と逆転方向の少なくとも一方に設定角度（本実施例では９０°）回転させる際に、複数の第１永久磁石１３と複数の第２永久磁石１４の磁力により回転駆動機構５の負荷を軽減するアシストトルクを発生させるように構成されている。
【００４２】
尚、図６、図７は、回転軸２ａ，２ｂが前記ホームポジションに対応する設定回転位置にある時の第１，第２永久磁石１３，１４を示しているが、このとき、複数の第１永久磁石１３と複数の第２永久磁石１４とが互いに対向している。尚、この設定回転位置のときの複数の第１，第２永久磁石１３，１４の回転方向位置（位相位置）は、図６、図７に示すものに限定されるものではなく、図６、図７に図示の回転方向位置から時計回り方向又は反時計回り方向に例えば４５°回転（移動）させた位置であってもよい。
【００４３】
次に、以上説明したアシスト機構１０を含む回転軸駆動装置の作用、効果について説明する。図８〜図１０は、アシスト機構１０の第１，第２永久磁石１３，１４の外周面から視た図を３６０°分展開した説明図であり、図８のＤ−Ｄ線からＥ−Ｅ線までが１周分である。
【００４４】
図８は、テーブルユニット２がホームポジションで、回転軸２ａ，２ｂが設定回転位置にある状態を示す。テーブルユニット２とターンテーブル３とワークＷ等の自重が作用するため、テーブルユニット２がホームポジションで安定している。
この状態では、対向関係に位置する各組の第１，第２永久磁石１３，１４の磁界の方向が逆向きであるため、閉ループ状の磁路が形成されず、アシストトルクは発生していない。
【００４５】
次に、図９に示すように、回転駆動機構５により回転軸２ａ，２ｂを例えば正転方向（図９の矢印Ｒ方向）へ回転させ始めると、複数の第１永久磁石１３に対して複数の第２永久磁石１４が相対的に回転し、図示のような閉ループ状の磁路が形成されるため、複数の第１永久磁石１３と複数の第２永久磁石１４との間に作用する吸引力及び反発力によってアシストトルクＴが発生する。
【００４６】
即ち、各組の第１，第２永久磁石１３ａ，１４ｄ；１３ｂ，１４ａ；１３ｃ，１４ｂ；１３ｄ，１４ｃには吸引力が作用し、各組の第１，第２永久磁石１３ａ，１４ａ；１３ｂ，１４ｂ；１３ｃ，１４ｃ；１３ｄ，１４ｄには反発力が作用する。その結果、回転駆動機構５の負荷を軽減するアシストトルクであって、図９の矢印Ｔで示すようなアシストトルクＴが発生する。このアシストトルクＴは、回転軸２ａ，２ｂが９０°回転する間作用し、このアシストトルクＴの大きさは、第１，第２永久磁石１３，１４で発生する磁界の強度に依存する。
【００４７】
本実施例の場合、回転軸２ａの回転角が増すと、第１，第２永久磁石１３，１４間の反発力が減少する一方、第１，第２永久磁石１３，１４間の吸引力が増大するが、反発力の減少よりも吸引力の増大が大きいため、回転軸２ａの回転角度の増大に応じてアシストトルクが大きくなるものと推定される。
【００４８】
図１０は、回転軸２ａ，２ｂが９０°回転した状態を示し、図示のような閉ループ状の磁路が形成され、回転軸２ａ，２ｂをそれ以上回転させるようなアシストトルクは発生しなくなる。しかし、回転軸２ａ，２ｂをその位置に保持する保持力は発生する。
尚、上記の説明は、回転軸２ａ，２ｂを例えば正転方向へ回転させる場合について説明したが、回転軸２ａ，２ｂを上記とは逆の逆転方向へ９０°回転させる場合も同様である。
【００４９】
以上のように、テーブルユニット２を上方へ揺動駆動する際、アシスト機構１０により
回転駆動機構５の負荷を軽減させるようなアシストトルクを発生させることができるため、回転駆動機構５の電動サーボモータ５ａを小型化し、消費電力の節減を図ることができるうえ、テーブルユニット２の揺動動作の高速化を図ることもできる。しかも、アシスト機構１０は左軸支持機構３の外部に大きく突出する部材を必要としないので小型に構成できるから、左軸支持機構３にコンパクトに組み込むことが可能である。
【００５０】
本実施例では、回転軸２ａ，２ｂを９０°回転させる間、アシストトルクを発生するアシスト機構１０を採用したが、複数の第１，第２永久磁石１３，１４の数やサイズを適宜設定すれば、回転軸２ａ，２ｂを例えば０〜１８０°の間の所望の角度回転させる際に回転駆動手段の負荷を軽減可能なアシストトルクを発生させることができるため、このアシスト機構１０は汎用性に優れ、回転駆動手段で回転駆動される回転軸により被駆動部材を回転軸を中心として揺動駆動（回転駆動、回動駆動）する種々の回転軸駆動装置に適用することができ、汎用性に優れる。
【００５１】
第１支持部材１１を磁性材料製の第１環状基板１１ａと、非磁性材料製の第１磁石保持板１１ｂとで構成し、第２支持部材１２を磁性材料製の第２環状基板１２ａと非磁性材料製の第２磁石保持板１２ｂとで構成し、第１磁石保持板１１ｂに形成した複数の第１磁石収容穴１９に複数の第１永久磁石１３を収容し、第２磁石保持板１２ｂに形成した複数の第２磁石収容穴２０に複数の第２永久磁石１４を収容するため、アシストトルクの発生に有利な磁路を形成することができる。
【００５２】
しかも、各第１磁石収容穴１９に第２磁石保持板１２ｂ側を塞ぐ底壁１９ａを形成し、各第２磁石収容穴２０に第１磁石保持板１１ｂ側を塞ぐ底壁２０ａを形成したため、第１，第２永久磁石１３，１４が密着状に吸着するのを防止しながら、第１，第２永久磁石１３，１４間磁路抵抗が大きくなるのを抑制できる。
【実施例２】
【００５３】
この実施例２は、多関節ロボット３０（多関節マニュプュレータ）の関節部の回転軸を回転駆動する回転軸駆動装置に本発明を適用した例であり、図１１〜図１５に基づいて説明する。
【００５４】
図１１に示すように、多関節ロボット３０は、基台３１と、この基台３１の上に鉛直軸心回りに回転可能に装備された旋回台３２と、この旋回台３２の枢支板部３２ａに第１関節部３３を介して支持された下部アーム３４と、この下部アーム３４の上端部分に第２関節部３５を介して支持された上部アーム３６と、この上部アーム３６の先端側に装備されたハンド回転機構及びハンド機構（図示略）と、旋回台３２を回転駆動可能な旋回台駆動機構（図示略）と、第１関節部３３に装備されて下部アーム３４を揺動駆動する第１サーボモータ３７を含む第１回転駆動機構と、第１関節部３３に装備された第１アシスト機構４０と、第２関節部３５に装備されて上部アーム３６を揺動駆動する第２サーボモータ３８を含む第２回転駆動機構と、第２関節部３５に装備された第２アシスト機構５０とを備えている。
【００５５】
第１サーボモータ３７は枢支板部３２ａに固定されて第１回転軸３３ａを回転駆動可能である。第１回転軸３３ａは枢支板部３２ａを含む軸支持機構に回転自在に支持され、下部アーム３４の下端部分が第１回転軸３３ａに固定され、下部アーム３４は第１回転軸３３ａ  を中心として揺動駆動される。第２サーボモータ３８は下部アーム３４の上端部分の枢支板部３４ａに固定されて第２回転軸３５ａを回転駆動可能である。第２回転軸３５ａは枢支板部３４ａを含む軸支持機構に回転自在に支持され、上部アーム３６の基端部分が第２回転軸３５ａに固定され、上部アーム３６は第２回転軸３５ａを中心として揺動駆動される。    
【００５６】
図１１〜図１３に示すように、第１アシスト機構４０は、下部アーム３４を所定のホームポジション（例えば、下方へ最大限傾けた位置）から上方へ設定角度（本実施例では、約１２０°）揺動駆動する際に、即ち、第１回転軸３３ａを予め設定した設定回転位置から例えば正転方向（図１２、図１３の矢印Ｆの方向）へ設定角度（本実施例では、約１２０°）回転させる際に、第１サーボモータ３７の負荷を軽減するアシストトルクを発生するものである。
【００５７】
第１アシスト機構４０は、第１，第２永久磁石４２，４４のサイズと数及び第１，第２磁石収容穴４５，４６のサイズと数を除いて、前記実施例１のアシスト機構１０と同様の構成であるので簡単に説明する。第１アシスト機構４０は、枢支板部３２ａに固定された第１支持部材４１と、この第１支持部材４１に保持された２つの第１永久磁石４２と、第１回転軸３３ａ及び下部アーム３４の下端部分に固定された第２支持部材４３と、この第２支持部材４３に保持された２つの第２永久磁石４４とを備えている。
【００５８】
第１支持部材４１は、磁性材料製の第１環状基板４１ａと、この第１環状基板４１ａに固定された非磁性材料製の第１磁石保持板４１ｂとを備えている。第１磁石保持板４１ｂには、２つの第１磁石収容穴４５ａが形成され、それら第１磁石収容穴４５ａに２つの第１永久磁石４２が夫々収容されている。２つの第１永久磁石４２ａ，４２ｂは、円周３等分位置の２つの位置に配置され、第１永久磁石４２の回転軸３３ａの軸心Ｇに対する開角は８０°〜１００°（本実施例では１００°）である。
【００５９】
第１永久磁石４２ａの一端から第１永久磁石４２ｂの一端までは周方向に例えば２０°離隔し、第１永久磁石４２ａの他端から第１永久磁石４２ｂの他端までは周方向に例えば１４０°離隔している。２つの第１永久磁石４２ａ，４２ｂの磁界の方向は逆に設定されている。尚、第１磁石収容穴４５ａには実施例１の底壁１９ａと同様の底壁が形成されている。但し、その底壁は省略してもよい。
【００６０】
第１磁石保持板４１ｂのうち、第１回転軸３３ａが回転する際に第２永久磁石４４と対向する部分に磁性材料製の第１磁路形成部材４２ｍが組み込まれている。この第１磁路形成部材４２ｍは、第１磁石保持板４１ｂに貫通状に形成された円弧状の保持穴４５ｂであって第１磁石収容穴４５ａと同形状の保持穴４５ｂに嵌入して保持されている。この第１磁路形成部材４２ｍは、第１回転軸３３ａが回転する際に、第２永久磁石４４ｂと協働して閉ループ状の磁路を形成するためのものである。
【００６１】
第２支持部材４３は、磁性材料製の第２環状基板４３ａと、この第２環状基板４３ａに固定された非磁性材料製の第２磁石保持板４３ｂとを備えている。第２環状基板４３ａは第２磁石保持板４３ｂを介して第１回転軸３３ａに固定されている。第２磁石保持板４３ｂには、２つの第２磁石収容穴４６が形成され、それら第２磁石収容穴４６に２つの第２永久磁石４４が夫々収容されている。２つの第２永久磁石４４ａ，４４ｂは、円周３等分位置の２つの位置に配置され、第２永久磁石４４の前記軸心Ｇに対する開角は８０°〜１００°（本実施例では１００°）とするのが望ましい。
【００６２】
第２永久磁石４４ａの一端から第２永久磁石４４ｂの一端までは周方向に例えば２０°離隔し、第２永久磁石４４ａの他端から第２永久磁石４４ｂの他端までは周方向に例えば１４０°離隔している。２つの第２永久磁石４４ａ,４４ｂの磁界の方向は逆に設定されている。下部アーム３４がホームポジションにあるとき、相対向する各組の第１，第２永久磁石４２ａ，４４ａ；４２ｂ，４４ｂの磁界の方向は逆向きである。尚、第２磁石収容穴４６には実施例１の底壁２０ａと同様の底壁が形成されている。但し、その底壁は省略してもよい。
【００６３】
第２磁石保持板４３ｂのうち、第１回転軸３３ａが回転する際に第１永久磁石４２と対向する部分に磁性材料製の第２磁路形成部材４４ｍが組み込まれている。この第２磁路形成部材４４ｍは、第２磁石保持板４３ｂに貫通状に形成された円弧状の保持穴４６ｂであって第２磁石収容穴４６ａと同形状の保持穴４６ｂに嵌入して保持されている。この第２磁路形成部材４４ｍは、第１回転軸３３ａが回転する際に、第１永久磁石４４ｂと協働して閉ループ状の磁路を形成するためのものである。
【００６４】
図１１、図１４、図１５に示すように、第２アシスト機構５０は、上部アーム３６を所定の回転停止位置（設定回転位置）から正転方向と逆転方向の少なくとも一方へ設定角度（本実施例では、約４５°）揺動駆動する際に、即ち、第２回転軸３５ａを予め設定した設定回転位置から正転方向と逆転方向の少なくとも一方へ設定角度（本実施例では、約４５°）回転させる際に、第２サーボモータ３８の負荷を軽減するアシストトルクを発生するものである。
【００６５】
第２シスト機構５０は、第１，第２永久磁石５２，５４のサイズと数及び第１，第２磁石収容穴１９，２０のサイズと数を除いて、前記実施例１のアシスト機構１０と同様の構成であるので簡単に説明する。第２アシスト機構５０は、枢支板部３４ａに固定された第１支持部材５１と、この第１支持部材５１に保持された複数（本実施例では６つ）の第１永久磁石５２と、第２回転軸３５ａ及び上部アーム３６の下端部分に固定された第２支持部材５４と、この第２支持部材５４に保持された複数（本実施例では６つ）の第２永久磁石５４とを備えている。
【００６６】
第１支持部材５１は、磁性材料製の第１環状基板５１ａと、この第１環状基板５１ａに固定された非磁性材料製の第１磁石保持板５１ｂとを備えている。第１磁石保持板５１ｂには、６つの第１磁石収容穴５５が形成され、それら第１磁石収容穴５５に６つの第１永久磁石５２が夫々収容されている。６つの第１永久磁石５２ａ〜５２ｆは、円周６等分位置に配置され、第１永久磁石５２の回転軸３５ａの軸心Ｈに対する開角は４０〜４５°（本実施例では４５°）であり、隣接する第１永久磁石５２の端部から端部までは例えば１５°離隔している。第１磁石収容穴５５には実施例１の底壁１９ａと同様の底壁が形成されている。但し、底壁は省略してもよい。
【００６７】
第２支持部材５３は、磁性材料製の第２環状基板５３ａと、この第２環状基板５３ａと第２回転軸３５ａに固定された非磁性材料製の第２磁石保持板５３ｂとを備えている。第２磁石保持板５３ｂには、６つの第２磁石収容穴５６が形成され、それら第２磁石収容穴５６に６つの第２永久磁石５４が夫々収容されている。６つの第２永久磁石５４ａ〜５４ｆは円周６等分位置に配置され、第２永久磁石５４の軸心Ｈに対する開角は４０°〜４５°（本実施例では４５°）とするのが望ましい。尚、前記上部アーム３６が所定の回転停止位置にあるとき、相対向する各組第１，第２永久磁石５２ａ，５４ａ；５２ｂ，５４ｂ；５２ｃ，５４ｃ；５２ｄ，５４ｄ；５２ｅ，５４ｅ；５２ｆ，５４ｆの磁界の方向は逆向きになっている。
【００６８】
以上説明した第１，第２アシスト機構４０，５０の作用について説明する。
多関節ロボット３０の下部アーム３４がホームポジションにあるとき、第１アシスト機構４０において、第１，第２永久磁石４２ａ，４４ａ；４２ｂ，４４ｂが相対向しているが、各組の第１，第２永久磁石４２ａ，４４ａ；４２ｂ，４４ｂの磁界の方向が逆向きになっているため、アシストトルクは発生しない。
【００６９】
第１サーボモータ３７により第１回転軸３３ａを正転方向（例えば、図１２、図１３の矢印Ｆの方向）へ回転駆動して下部アーム３４を上方へ揺動させていくと、第１永久磁石４２ａと第２永久磁石４４ａ間に作用する反発力と、第１永久磁石４２ａと第２永久磁石４４ｂ間に作用する吸引力によって第１サーボモータ３７の負荷を軽減するようなアシストトルクが発生する。それ故、第１サーボモータ３７の小型化を図ると共に下部アーム３４の揺動動作の高速化を図ることができる。
【００７０】
第１回転軸３３ａが１２０°回転し、下部アーム３４が最下位置から上方へ１２０°揺動すると、第１永久磁石４２ｂと第２永久磁石４４ａが対向する状態になり、アシストトルクは発生しないが、下部アーム２４をその位置に保持する保持力は発生する。尚、下部アーム３４がホームポジションに復帰する際には、下部アーム３４とその付属物の重量に起因する重力が作用するため、上記のように上方へ揺動させる場合よりも第１サーボモータ３７の負荷は大きくならない。
【００７１】
下部アーム３４に対して上部アーム３６が所定の回転停止位置にある状態から、第２サーボモータ３８で第２回転軸３５ａを回転させて、上部アーム３６を正転方向へ揺動させる際にも、逆転方向へ揺動させる際にも、実施例１のアシスト機構１０と同様に、複数の第１，第２永久磁石５２，５４の反発力と吸引力により第２サーボモータ３８の負荷を軽減するようなアシストトルクが発生する。
【００７２】
そのため、上部アーム３６の揺動動作の高速化を図ることが可能になる。第２回転軸第２回転軸３５ａが４５°回転すると、相対向する各組の第１，第２永久磁石５２，５４の磁界の方向が同方向となり、吸引力が作用するため、アシストトルクは発生しなくなり、その回転位置に第２回転軸３５ａを保持する保持力が作用するようになる。上部アーム３６を上記の設定回転位置から逆方向へ揺動させる際にも、上記と同様にアシストトルクが発生するため、第２サーボモータ３８の負荷を軽減し、上部アーム３６の揺動動作の高速化を図ることが可能になる。
【００７３】
次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
１）前記アシスト機構１０，４０，５０において、第１，第２永久磁石のサイズ、形状を異ならせてもよい。また、第１，第２永久磁石の形状は円弧形に限るものではなく、種々の形状の永久磁石を採用可能である。
２）１つの回転軸駆動装置に１組のアシスト機構を組み込むとは限らず、軸心方向に位置を異ならせて複数組のアシスト機構を組み込み、それら複数のアシスト機構で協働して同時に又は順々にアシストトルクを発生させることも可能である。
３）アシスト機構４０において、アシストトルクを強化するために、第１磁路形成部材４２ｍの代わりに、第１永久磁石４２ａと同じ極性にした永久磁石を組み込んでもよい。
【００７４】
４）多関節ロボットの関節部以外の部分の回転軸駆動装置にアシスト機構を組み込むことも可能である。また、インデクサー装置や多関節ロボット以外の種々の機械装置の種々の回転軸駆動装置にアシスト機構を組み込むことも可能である。アシスト機構を組み込むことで、動作の高速化を図ることも可能である。特に、大型の駆動モータを必要とする場合、駆動モータを大型化するだけでは、動作の高速化を図ることが困難になるが、本発明のアシスト機構を組み込むことで、動作の高速化を図ることが可能になる。
【００７５】
５）その他、当業者ならば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で、本発明を実施することが可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、種々の機械装置の種々の回転軸駆動装置に回転軸を回転させる際の負荷を軽減可能なアシスト機構を組み込んだ回転軸駆動装置を提供する。
【符号の説明】
【００７７】
１      インデクサー装置
２      テーブルユニット（被駆動部材）
２ａ，２ｂ  回転軸
２ｄ，２ｅ  腕部
３      軸支持機構
５      回転駆動機構
１０，４０，５０    アシスト機構
３０    多関節ロボット
３４    下部アーム（被駆動部材）
３６    上部アーム（被駆動部材）
３７，３８    第１，第２サーボモータ（回転駆動手段）
１１，４１，５１    第１支持部材
１２，４３，５３    第２支持部材
１３，４２，５２    第１永久磁石
１４，４４，５４    第２永久磁石
１１ａ，４１ａ，５１ａ  第１環状基板
１１ｂ，４１ｂ，５１ｂ  第１磁石保持板
１２ａ，４３ａ，５３ａ  第２環状基板
１２ｂ，４３ｂ，５３ｂ  第２磁石保持板  
１９，４５ａ，５５    第１磁石収容穴
２０，４６ａ，５６    第２磁石収容穴
１９ａ，２０ａ        底壁
３３，３５        第１，第２関節部
３３ａ，３５ａ    第１，第２回転軸
４２ｍ，４４ｍ    第１，第２磁路形成部材
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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