(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が揺動部材を支持する支持部に連結された筒状の収納部と、該収納部の他端に固定された第１のバネ受けと、該収納部の内部に摺動可能に挿入された第２のバネ受けと、前記第１のバネ受けと前記第２のバネ受けとの間で圧縮されるコイルバネと、一端が前記第２のバネ受けに結合され他端が前記揺動部材に連結された連結ロッドと、を備え、前記第１のバネ受けおよび前記第２のバネ受けの端部には、それぞれ前記コイルバネの内周側に挿通されて前記コイルバネの伸縮動作をガイドするガイド部が設けられ、前記揺動部材の揺動に応じて前記コイルバネが圧縮されて前記揺動部材を所定の回動位置に保持するバランス機構において、
前記ガイド部の端部に、前記コイルバネの伸縮方向に直交する平面のない先端ほど先細となる円錐状に形成された乗り上げ防止部を備えたことを特徴とするバランス機構。
【請求項２】
請求項１に記載のバランス機構を備えたことを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバランス機構に係り、特に揺動部材が所定の揺動位置に動作してもその位置で静止するように揺動部材を保持するバランス機構およびバランス機構を備えたロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
固定部に対して揺動自在に支持された揺動部材を有する構成では、揺動部材が傾斜した位置でも静止することができるように揺動部材の重量及び傾斜角度に応じた大きさの力を作用させて揺動部材を静止させるバランス機構が装着されている。
【０００３】
この種のバランス機構としては、例えば工業用ロボットのアーム（揺動部材）を保持する機構として用いられたものがある。図６は従来のバランス機構を示す縦断面図である。
このバランス機構１は、一端２ａが工業用ロボットのアーム（図示せず）を支持する支持部に連結された筒状の収納部２と、収納部２の他端２ｂに固定された第１のバネ受け３と、収納部２の内部に摺動可能に挿入された第２のバネ受け４と、第１のバネ受け３と第２のバネ受け４との間で圧縮されるコイルバネ５と、一端６ａが第２のバネ受け４に結合され他端６ｂがアームに連結された連結ロッド６と、から構成されている。
【０００４】
図７は従来のバランス機構で使用されたバネ受けの縦断面図である。
バネ受け３，４は、コイルバネ５の端部が嵌合する環状の溝３ａ，４ａと、コイルバネ５の内周に嵌合してコイルバネ５の伸縮動作をガイドするガイド部３ｂ，４ｂと、連結ロッド６が挿通される貫通孔３ｃ，４ｃとを有する。尚、第２のバネ受け４の下面には、図７中破線で示すように連結ロッド６の一端６ａを係止する係止部材７が嵌合するための凹部４ｅが設けられている。
【０００５】
そして、バランス機構１は、アームの揺動位置に応じて収納部２に対して連結ロッド６が軸方向に摺動し、収納部２の他端２ｂに固定された第１のバネ受け３と連結ロッド６に連結されたバネ受け４とが相対変位してコイルバネ５を伸縮させる。
【０００６】
従って、バランス機構１は、アームの揺動に応じてコイルバネ５が圧縮されるとその反力をアームに作用させてアームを所定の回動位置に保持するように取り付けられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のバランス機構では、コイルバネ５の内周に嵌合されるガイド部３ｂ，４ｂの端部３ｄ，４ｄが軸方向と直交する平面であるため、図６のＡ部分に示すようにコイルバネ５が圧縮されて横方向に撓んだときにガイド部３ｂ，４ｂの端部３ｄ，４ｄの角部にコイルバネ５が乗り上げてしまうことがあった。
【０００８】
このようにコイルバネ５がバネ受け３，４の角部に乗り上げてしまうとアームの揺動位置に対して十分なバネ力を作用させることができないばかりか、アームが逆方向に揺動したときにコイルバネ５がバネ受け３，４の角部から外れると、コイルバネ５が摩耗したりアームに作用する力が急激に変化してアームがふらつくことになる。
【０００９】
そのため、アームが正確な動作をせず、例えば塗装用ロボットの場合、塗装ガンに位置がふらつくことにより塗装ムラが生じてしまう。また、コイルバネ５がバネ受け３，４の角部から外れる際に衝撃音が発生することもある。そこで、本発明は上記問題を解決したバランス機構を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、一端が揺動部材を支持する支持部に連結された筒状の収納部と、該収納部の他端に固定された第１のバネ受けと、該収納部の内部に摺動可能に挿入された第２のバネ受けと、前記第１のバネ受けと前記第２のバネ受けとの間で圧縮されるコイルバネと、一端が前記第２のバネ受けに結合され他端が前記揺動部材に連結された連結ロッドと、を備え、前記第１のバネ受けおよび前記第２のバネ受けの端部には、それぞれ前記コイルバネの内周側に挿通されて前記コイルバネの伸縮動作をガイドするガイド部が設けられ、前記揺動部材の揺動に応じて前記コイルバネが圧縮されて前記揺動部材を所定の回動位置に保持するバランス機構において、前記ガイド部の端部に、前記コイルバネの伸縮方向に直交する平面のない先端ほど先細となる円錐状に形成された乗り上げ防止部を備えたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のバランス機構を備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
従って、本発明によれば、コイルバネの内周側に挿通される第１のバネ受けの端部と第２のバネ受けの端部にコイルバネが乗り上げることを防止する乗り上げ防止部を設けたため、コイルバネがスムーズに伸縮動作を行えると共に、コイルバネのバネ力が急激に変動することを防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の一実施例を説明する。
図１は本発明のバランス機構が適用された工業用ロボットの側面図である。
工業用ロボット１１は、多関節形のプレイバックロボットであり、予めティーチングされた所定の作業動作を実行するように制御される。また、工業用ロボット１１は、旋回駆動するための旋回駆動部１２が基台１３に設けられている。この旋回駆動部１２の上には、垂直な軸線Ａを中心として回動する旋回ベース１４が設けられている。旋回ベース１４上のブラケット１５には、前後方向に揺動する第１アーム１６が揺動自在に支持されている。また、旋回ベース１４上のブラケット１５には、第１アーム駆動部１７が設けられている。
【００１３】
そして、第１アーム１６の上端部には、上下方向に揺動する第２アーム１８が回動自在に設けられている。この第１アーム１６との連結部分の反対側となる第２アーム１８の後部側面には、第２アーム駆動部１９が設けられている。また、第２アーム駆動部１９が設けられたアーム１８の後部側面の反対側には、手首駆動部２０が設けられている。
【００１４】
さらに、第２アーム１８の先端には、手首部２１が設けられている。この手首部２１は、第１，第２手首ケース２２，２３及び取付軸２４が連結された構成となっている。また、第２手首ケース２３は、第１手首ケース２２と直交する方向に回動するように設けられている。第２手首ケース２３の端部より突出する取付軸２４には、塗装ガン２５等の作業治具が装着される。
【００１５】
上記のように構成された工業用ロボット１１は、旋回ベース１４，第１アーム１６，第２アーム１８の揺動動作及び手首部２１の動作により所定の作業を行う。
２６はバランス機構で、第１アーム１６を任意の揺動位置で静止するように保持するものであり、第１アーム１６が所定角度傾斜された位置で第１アーム駆動部１７の駆動力がなくなっても第１アーム１６が自重で倒れず、その傾斜状態を維持するように附勢するように構成されている。
【００１６】
図２はバランス機構２６の構成を示す図である。バランス機構２６は、一端２７ａが旋回ベース１４上のブラケット１５に連結された筒状の収納部２７と、収納部２７の他端２７ｂに固定された第１のバネ受け２８と、収納部２７の内部に摺動可能に挿入された第２のバネ受け２９と、第１のバネ受け２８と第２のバネ受け２９との間で圧縮されるコイルバネ３０と、一端が第２のバネ受け２９に結合され他端３１ｂが第１アーム１６に連結された連結ロッド３１と、から構成されている。
【００１７】
図３は本発明の要部を構成するバネ受けの縦断面図である。
バネ受け２８，２９は、コイルバネ３０の端部が嵌合する環状の溝２８ａ，２９ａと、コイルバネ３０の内周に嵌合してコイルバネ３０の伸縮動作をガイドするガイド部２８ｂ，２９ｂと、連結ロッド３１が挿通される貫通孔２８ｃ，２９ｃと、ガイド部２８ｂ，２９ｂの端部に形成された乗り上げ防止部２８ｄ，２９ｄとを有する。尚、第２のバネ受け２９の下面には、図３中破線で示すように連結ロッド３１の一端３１ａを係止する係止部材３２が嵌合するための凹部２９ｅが設けられている。
【００１８】
バネ受け２８，２９に設けられた乗り上げ防止部２８ｄ，２９ｄは、ガイド部２８ｂ，２９ｂの端部を半球状の曲面に形成したものであり、断面が滑らかな円弧状となるように形成されている。そのため、ガイド部２８ｂ，２９ｂの端部には、角部が形成されておらず、コイルバネ３０が圧縮されて横方向に撓んでもコイルバネ３０が乗り上げ防止部２８ｄ，２９ｄの曲面に沿って滑らかに摺動できるので、コイルバネ３０がガイド部２８ｂ，２９ｂの端部に乗り上げて掛止されることを防止できる。
【００１９】
図４はバランス機構２６が伸縮した状態を示す縦断面図である。
バランス機構２６は、第１アーム１６が揺動すると収納部２７に対して連結ロッド３１が軸方向に摺動し、収納部２７の他端２７ｂに固定された第１のバネ受け２８と連結ロッド３１に連結された第２のバネ受け２９とが相対変位してコイルバネ３０を伸縮させる。
【００２０】
その際、コイルバネ３０の中間部分が横方向に撓んだ状態に変形するが、ガイド部２８ｂ，２９ｂの端部に乗り上げ防止部２８ｄ，２９ｄが設けられているので、コイルバネ３０がガイド部２８ｂ，２９ｂの端部に形成された乗り上げ防止部２８ｄ，２９ｄの曲面に摺接するだけで掛止されることはない。そのため、コイルバネ３０は、第１アーム１６の揺動動作に応じて伸縮してもガイド部２８ｂ，２９ｂの端部に乗り上げることが防止され、ガイド部２８ｂ，２９ｂの端部に形成された曲面に摺接しながら伸縮動作をスムーズに行える。これにより、コイルバネ３０が摩耗することを防止して耐久性の向上を図ることができると共に、コイルバネ３０がガイド部２８ｂ，２９ｂの端部に掛止されないので従来のような衝撃音を無くすことができる。
【００２１】
よって、第１アーム１６の揺動動作がスムーズとなり、例えコイルバネ３０が収納部２７内で横方向に撓んだとしても急激にバネ力が変化することがないので、第１アーム１６が揺動動作途中でふらつくことも防止される。従って、塗装用ロボットの場合、塗装ガンの動きがスムーズになることにより塗装ムラが発生しない。
【００２２】
図５は本発明の変形例を示す縦断面図である。
変形例のバネ受け２８，２９は、ガイド部２８ｂ，２９ｂの端部にテーパ状の傾斜面よりなる乗り上げ防止部２８ｆ，２９ｆが形成されている。この乗り上げ防止部２８ｆ，２９ｆは、先端ほど先細となる円錐状であるため、第１アーム１６の揺動動作により収納部２７に対して連結ロッド３１が軸方向に摺動して、コイルバネ３０の中間部分が横方向に撓んだ状態に変形しても、コイルバネ３０がガイド部２８ｂ，２９ｂの端部に形成された乗り上げ防止部２８ｆ，２９ｆのテーパ面に摺接するだけで掛止されることはない。そのため、コイルバネ３０は、第１アーム１６の揺動動作に応じて伸縮してもガイド部２８ｂ，２９ｂの端部に乗り上げることが防止され、ガイド部２８ｂ，２９ｂの端部に形成されたテーパ面に摺接しながら伸縮動作をスムーズに行える。
【００２３】
尚、上記実施例では、工業用ロボットのアームを保持するように取り付けられたバランス機構を一例として説明したが、これに限らず、工業用ロボット以外の揺動動作を行う揺動部材を静止させるバランス機構にも適用することができるのは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、コイルバネの内周側に挿通される第１のバネ受けの端部と第２のバネ受けの端部にコイルバネが乗り上げることを防止する乗り上げ防止部を設けたため、コイルバネがスムーズに伸縮動作を行えると共に、コイルバネのバネ力が急激に変動することを防止できる。そのため、揺動部材の揺動動作がコイルバネのバネ力の変化によりふらつくことを防止でき、揺動部材をスムーズに揺動させることができる。また、コイルバネの摩耗を防止して耐久性の向上を図ることができると共に、コイルバネがバネ受けの端部に掛止されないので従来のような衝撃音を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるバランス機構の一実施例が適用された工業用ロボットの側面図である。
【図２】バランス機構の構成を示す縦断面図である。
【図３】バネ受けの形状を示す縦断面図である。
【図４】バランス機構が圧縮された状態を示す縦断面図である。
【図５】本発明の変形例のバネ受けの形状を示す縦断面図である。
【図６】従来のバランス機構の構成を示す縦断面図である。
【図７】従来のバネ受けの形状を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１１  工業用ロボット
１２  旋回駆動部
１３  基台
１４  旋回ベース
１６  第１アーム
１７  第１アーム駆動部
１８  第２アーム
１９  第２アーム駆動部
２０  手首駆動部
２１  手首部
２６  バランス機構
２７  収納部
２８，２９  バネ受け
２８ｄ，２９ｄ，２８ｆ，２９ｆ  乗り上げ防止部
３０  コイルバネ
３１  連結ロッド
【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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