特許 7399645 回転保持装置及びロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-08

(45)【発行日】2023-12-18

(54)【発明の名称】回転保持装置及びロボット

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/00 20060101AFI20231211BHJP

【ＦＩ】

B25J19/00 D

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2019148748

(22)【出願日】2019-08-14

(65)【公開番号】P2020028969

(43)【公開日】2020-02-27

【審査請求日】2022-07-14

(31)【優先権主張番号】P 2018152984

(32)【優先日】2018-08-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】503405689

【氏名又は名称】ナブテスコ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126572

【弁理士】

【氏名又は名称】村越 智史

(72)【発明者】

【氏名】鎌形 州一

(72)【発明者】

【氏名】四十 薫

(72)【発明者】

【氏名】新谷 誓也

(72)【発明者】

【氏名】松本 崇

(72)【発明者】

【氏名】松田 有一郎

【審査官】臼井 卓巳

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－０３６１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０１５８７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２４２１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－２５６３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－０３４２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０７４６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５９－１８３７８６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００９－２１８０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２４０８５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０８０８１３１０（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２０５７３５０２９（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ ５／００－１９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも一部が円形に形成された外周面を含むケースと、前記ケースの内周側に前記ケースに対して回転可能に保持されアームに回転を出力する減速機構と、を有する減速機と、
一端が前記ケースに固定され、他端が前記アームに固定され、前記アームに対して前記減速機構による回転とは反対方向の力を作用させる押圧部材と、
を備える回転保持装置。

【請求項2】

前記押圧部材は板ばねである、
請求項１に記載の回転保持装置。

【請求項3】

前記押圧部材はトーションバーである、
請求項１に記載の回転保持装置。

【請求項4】

前記押圧部材はぜんまいばねである、
請求項１に記載の回転保持装置。

【請求項5】

前記押圧部材はコイルばねである、
請求項１に記載の回転保持装置。

【請求項6】

前記押圧部材は圧縮コイルばねである、
請求項１に記載の回転保持装置。

【請求項7】

基部と、
前記基部に回転可能に保持されたアームと、
少なくとも一部が円形に形成された外周面を含むケースと、前記ケースの内周側に前記ケースに対して回転可能に保持されアームに回転を出力する減速機構と、を有する減速機と、
一端が前記ケースに固定され、他端が前記アームに固定され、前記アームに対して前記アームの回転とは反対方向の力を作用させる押圧部材と、
を備えるロボット。

【請求項8】

前記押圧部材は板ばねである、
請求項７に記載のロボット。

【請求項9】

前記押圧部材はトーションバーである、
請求項７に記載のロボット。

【請求項10】

前記押圧部材はぜんまいばねである、
請求項７に記載のロボット。

【請求項11】

前記押圧部材はコイルばねである、
請求項７に記載のロボット。

【請求項12】

前記押圧部材は圧縮コイルばねである、
請求項７に記載のロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転保持装置及びロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

減速機を有するロボット等の回転保持装置は、アームから減速機に作用するトルクを軽減するためにカウンターバランスを備えることがある。

【0003】

特許文献１には、ガススプリングカウンターバランスを備える関節式アームが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第５８７３７９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ガススプリングカウンターバランスは、ガススプリングを有するため大型化してしまういう問題がある。

【0006】

本発明の目的の一つは、コンパクトな構造により回転部材に生じるトルクを軽減することができる回転保持装置及びロボットを提供することである。本発明の他の目的は、本明細書全体を参照することにより明らかになる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一実施形態による回転保持装置は、ケースと、前記ケースに対して回転可能に保持されアームに回転を出力する出力部と、一端が前記ケースに他端が前記アームに接続され前記アームに対して前記出力部による回転とは反対方向の力を作用させる押圧部材と、を備える。

【0008】

本発明の一実施形態による回転保持装置は、第１の部材と、前記第１部材に回転可能に保持された第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との間に設けられ前記第２部材に対して前記第２部材の回転とは反対方向の力を作用させる押圧部材と、を備える。

【0009】

本発明の一実施形態において、前記第１部材はケースを含み、前記第２部材はロボットのアームを含み、前記押圧部材が前記ケースと前記アームとの間に設けられる。

【0010】

本発明の一実施形態によるロボットは、基部と、前記基部に回転可能に保持されたアームと、前記基部と前記アームとの間に設けられ前記アームに対して前記アームの回転とは反対方向の力を作用させる押圧部材と、を備える。

【0011】

本発明の一実施形態による回転保持装置は、減速機を含む。

【0012】

本発明の一実施形態において、前記押圧部材は板ばねである。本発明の一実施形態において、前記押圧部材はトーションバーである。発明の一実施形態において、前記押圧部材はぜんまいばねである。発明の一実施形態において、前記押圧部材はコイルばねである。発明の一実施形態において、前記押圧部材は圧縮コイルばねである。

【0013】

本発明の一実施形態において、前記ケースは、前記第２部材の回転軸の周りの周方向に沿って延びる収容凹部を有し、前記圧縮コイルばねは、前記収容凹部に配置される。

【0014】

本発明の一実施形態において、前記第２部材は、前記第１部材の外面と対向する支持部を有し、前記押圧部材は、前記第１部材と前記支持部との間に設けられる。

【発明の効果】

【0015】

本発明の実施形態によって、コンパクトな構造により回転部材に生じるトルクを軽減することができる回転保持装置及びロボットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態による回転保持装置を模式的に示す図である。

【図2】図１の回転保持装置の平面図である。

【図3】本発明の他の実施形態による回転保持装置を模式的に示す図である。

【図4】図３の回転保持装置の平面図である。

【図5】本発明の他の実施形態による回転保持装置を模式的に示す図である。

【図6】図５の回転保持装置の平面図である。

【図7】本発明の他の実施形態による回転保持装置を模式的に示す図である。

【図8】本発明の他の実施形態による回転保持装置を模式的に示す図である。

【図9】図８の回転保持装置の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照し、本発明の様々な実施形態を説明する。なお、各図面において共通する構成要素に対しては同一の参照符号が付されている。各図面は、説明の便宜上、必ずしも正確な縮尺で記載されているとは限らない点に留意されたい。

【0018】

図１及び図２を参照して、本発明の一実施形態による回転保持装置について説明する。図１及び図２に示されている回転保持装置１は、基部８と、基部８に対して回転可能なアーム３と、を有するロボットである。

【0019】

図示のように、回転保持装置１は、不図示の駆動源から入力された回転を減速して出力する減速機２と、減速機２から入力された回転により回転軸Ｘの周りで回転するアーム３と、減速機２とアーム３とに接続された一又は複数の押圧部材４と、を備える。図示の実施形態において、押圧部材４は板ばねである。

【0020】

図１においては、減速機２として、偏心揺動型の減速機が示されている。本発明の原理と矛盾しない限り、減速機２として、偏心揺動型の減速機以外に、遊星歯車装置、波動歯車装置、及びこれら以外の任意の減速機を用いることができる。減速機２は、ケース２ａと、ケース２ａに対して回転可能に当該ケース２ａに保持された減速機構２ｂと、を備える。ケース２ａには、駆動源が取り付けられてもよい。駆動源は、例えば、電気モータである。減速機構２ｂは、駆動源から入力された回転を減速してアーム３に出力する。

【0021】

アーム３は、減速機構２ｂから受け取る回転によって回転軸Ｘの周りで回転することができる。アーム３は、例えば産業用ロボットのアームである。図示の実施形態において、アーム３は、減速機構２ｂに連結されている本体３ａと、本体３ａから突出する支持部３ｂと、を有する。支持部３ｂは、回転軸Ｘを中心とする径方向においてケース２ａに接続されている基部８の外周面よりも外側において本体３ａから突出してもよい。支持部３ｂは、図示のように回転軸Ｘと平行な方向に延びていてもよい。

【0022】

押圧部材４は、図２に示されているようにその一端４ａにおいてケース２ａに接続され、その他端４ｂにおいてアーム３に接続される。押圧部材４の一端４ａは、例えば、ケース２ａの外周部５にねじ６により固定される。外周部５は、ケース２ａの外周面の一部を構成する平坦な面である。ケース２ａの外周面は、外周部５以外は平面視で円形であってもよい。押圧部材４は、ねじ６以外の部材によりケース２ａに固定されてもよい。押圧部材４の他端４ｂは、アーム３の支持部３ｂに固定される。図示の実施形態では、押圧部材の他端４ｂに回転軸Ｘ方向に延びる貫通孔４ｃが設けられている。貫通孔４ｃには支持部３ｂが嵌め込まれ得る。貫通孔４ｃに支持部３ｂを嵌め込むことにより、押圧部材４をアーム３に接続することができる。押圧部材４とケース２ａとの固定方法、及び、押圧部材４とアーム３との固定方法は、本明細書において明示的に説明される態様には限定されない。

【0023】

押圧部材４は、上記のとおりその一端４ａにおいてケース２ａに接続されその他端４ｂにおいてアーム３に接続されているので、アーム３に対して、アーム３の回転方向とは反対向きの力を作用させることができる。例えば、アーム３が回転軸Ｘの周りで時計回りに回転する場合にはアームに対して反時計回りに向く力を作用させることができる。同様に、アーム３が回転軸Ｘの周りで版時計回りに回転する場合にはアームに対して時計回りに向く力を作用させることができる。

【0024】

上記の回転保持装置１によれば、押圧部材４によりアーム３に対してアーム３の回転方向とは逆方向に力（「反力」という。）を作用させることができる。これにより、減速機２に作用するトルクを軽減することができる。押圧部材４は板ばねでありその一端がアーム３に接続されていることから、アーム３の回転によって弾性変形する。この弾性変形した板ばねの復元力が、アーム３に対してアーム３の回転方向とは逆向きに作用する。このように、押圧部材４は、自身の復元力を利用してカウンターバランスとして機能する。このため、押圧部材４は、ガススプリング等の圧縮流体を密閉する機構を用いずにアーム３へ回転方向とは逆向きの力を作用させることができる。したがって、回転保持装置１のコンパクト化が可能となる。

【0025】

次に、図３及び図４を参照して、本発明の他の実施形態に係る回転保持装置１１について説明する。回転保持装置１１は、一又は複数の押圧部材４に代えて一又は複数の押圧部材１４を備える点で回転保持装置１と異なっている。回転保持装置１１の構成要素のうち回転保持装置１の構成要素と共通するものについてはその説明を省略する。

【0026】

押圧部材１４は、トーションバーである。図示のように、押圧部材１４の一端１４ａはケース２ａの支持部７に固定され、他端１４ｂはアーム３の支持部３ｂに固定される。押圧部材１４の数、材料、寸法、構造は、特定の態様に限定されない。支持部７は、ケース２ａの一部分であり、押圧部材１４の一端１４ａを固定できるように構成される。

【0027】

このようにして、減速機に設けられた押圧部材（板ばね、トーションバー）が回転部材であるシャフトの回転時に発生するトルクを低減するカウンターバランスとしての役割（板ばねの反力、トーションバーによるねじり反力）を果たすため、小型化した減速機（回転保持装置）を提供することが可能となる。

【0028】

上記の回転保持装置１１によれば、押圧部材１４によりアーム３に対してアーム３の回転方向とは逆方向に力を作用させることができる。押圧部材１４はトーションバーでありその他端１４ｂがアーム３に接続されていることから、アーム３の回転によって弾性変形する。この弾性変形したトーションバーの復元力が、アーム３に対してアーム３の回転方向とは逆向きに作用する。このように、押圧部材１４は、自身の復元力を利用してカウンターバランスとして機能する。このため、押圧部材１４は、ガススプリング等の圧縮流体を密閉する機構を用いずにアーム３へ回転方向とは逆向きの力を作用させることができる。したがって、回転保持装置１１のコンパクト化が可能となる。

【0029】

次に、図５及び図６を参照して、本発明の他の実施形態に係る回転保持装置２１について説明する。回転保持装置２１は、一又は複数の押圧部材４に代えて押圧部材２４を備える点で回転保持装置１と異なっている。回転保持装置２１の構成要素のうち回転保持装置１の構成要素と共通するものについてはその説明を省略する。

【0030】

押圧部材２４は、ぜんまいばねである。ぜんまいばねは、渦巻きばねとも呼ばれる。図示のように、押圧部材２４の一端２４ａはケース２ａの外周面９に固定され、他端２４ｂはアーム３の支持部３ｂに固定される。支持部３ｂは、ケース２ａの外周面９と対向する対向面３ｂ１を有しており、押圧部材２４の他端２４ｂは、この対向面２ｂ１に固定されてもよい。押圧部材２４の数、材料、寸法、構造は、特定の態様に限定されない。このように、押圧部材２４は、ケース２ａと、ケース２ａに対向する支持部３ｂとの間に設けられる。

【0031】

上記の回転保持装置２１によれば、押圧部材２４によりアーム３に対してアーム３の回転方向とは逆方向に力を作用させることができる。押圧部材２４はぜんまいばねでありその他端２４ｂがアーム３に接続されていることから、アーム３の回転によって弾性変形する。この弾性変形したぜんまいばねの復元力が、アーム３に対してアーム３の回転方向とは逆向きに作用する。このように、押圧部材２４は、自身の復元力を利用してカウンターバランスとして機能する。このため、押圧部材３４は、ガススプリング等の圧縮流体を密閉する機構を用いずにアーム３へ回転方向とは逆向きの力を作用させることができる。したがって、回転保持装置２１のコンパクト化が可能となる。

【0032】

次に、図７を参照して、本発の他の実施形態に係る回転保持装置３１について説明する。回転保持装置３１は、一又は複数の押圧部材４に代えて押圧部材３４を備える点で回転保持装置１と異なっている。回転保持装置３１の構成要素のうち回転保持装置１の構成要素と共通するものについてはその説明を省略する。

【0033】

押圧部材３４は、コイルばねである。図示の実施形態では、押圧部材３４は、ねじりコイルばねである。図示のように、押圧部材３４の一端３４ａはケース２ａに固定され、他端３４ｂはアーム３の支持部１３ｂに固定される。図示の実施形態において、支持部１３ｂには貫通孔３ｃが設けられている。押圧部材３４の他端３４ｂは、貫通孔３ｃ内においてアーム３に対して固定される。押圧部材３４の数、材料、寸法、構造は、特定の態様に限定されない。

【0034】

上記の回転保持装置３１によれば、押圧部材３４によりアーム３に対してアーム３の回転方向とは逆方向に力を作用させることができる。押圧部材３４はコイルばねでありその他端３４ｂがアーム３に接続されていることから、アーム３の回転によって弾性変形する。この弾性変形したコイルばねの復元力が、アーム３に対してアーム３の回転方向とは逆向きに作用する。このように、押圧部材３４は、自身の復元力を利用してカウンターバランスとして機能する。このため、押圧部材３４は、ガススプリング等の圧縮流体を密閉する機構を用いずにアーム３へ回転方向とは逆向きの力を作用させることができる。したがって、回転保持装置３１のコンパクト化が可能となる。上記の実施形態によれば、コイルばねの巻数や線径に応じて、アーム３に作用させる回転方向とは逆向きの力の大きさを調整できる。

【0035】

次に、図８及び図９を参照して、本発の他の実施形態に係る回転保持装置４１について説明する。回転保持装置４１は、一又は複数の押圧部材４に代えて押圧部材４４を備える点で回転保持装置１と異なっている。回転保持装置４１の構成要素のうち回転保持装置１の構成要素と共通するものについてはその説明を省略する。

【0036】

押圧部材４４は、圧縮コイルばねである。図示の実施形態において、押圧部材４４は、第１圧縮コイルばね４４ａと、第２圧縮コイルばね４４ｂと、を有する。図示の実施形態において、ケース２ａは、収容部４２を有する。押圧部材４４は、収容部４２に収容される。収容部４２は、回転軸Ｘの径方向に延びる底壁４２ａと、この底壁４２ａの径方向外端に接続されており回転軸Ｘ周りの周方向に延びる周壁４２ｂと、を有する。周壁４２ｂは、底壁４２ａから回転軸Ｘに沿ってアーム３に向かって突出している。この底壁４２ａと周壁４２ｂとにより収容凹部４２ｃが画定される。よって、収容凹部４２ｃは、回転軸Ｘの周りの周方向に沿って延びる。図示のように、収容凹部４２ｃには、アーム３の支持部３ｂが挿入される。

【0037】

収容部４２の底壁４２ａには、回転軸Ｘ方向に突出する凸部４２ｄが設けられる。言い換えると、収容部４２は、底壁４２ａから突出する凸部４２ｄを有する。図９に示されているように、第１圧縮コイルばね４４ａは収容凹部４２ｃに挿入されたアーム３の支持部３ｂと凸部４２ｄの周方向の一方の端面４２ｄ１との間に設けられ、第２圧縮コイルばね４４ｂは収容凹部４２ｃに挿入されたアーム３の支持部３ｂと凸部４２ｄの周方向の他方の端面４２ｄ２との間に設けられる。このように、押圧部材４４は、この収容凹部４２ｃ内に収容される。よって、押圧部材４４は、回転軸Ｘ周りの周方向に延伸する。このように、押圧部材４４は、アーム３の支持部３ｂとケース２ａの一部である凸部４２ｄとの間に設けられる。押圧部材３４の数、材料、寸法、構造は、特定の態様に限定されない。

【0038】

上記の回転保持装置４１によれば、押圧部材４４によりアーム３に対してアーム３の回転方向とは逆方向に力を作用させることができる。押圧部材４４は圧縮コイルばねでありその一端がアーム３に接続されていることから、アーム３の回転によって弾性変形する。この弾性変形した圧縮コイルばねの復元力が、アーム３に対してアーム３の回転方向とは逆向きに作用する。このように、押圧部材４４は、自身の復元力を利用してカウンターバランスとして機能する。このため、押圧部材４４は、ガススプリング等の圧縮流体を密閉する機構を用いずにアーム３へ回転方向とは逆向きの力を作用させることができる。したがって、回転保持装置４１のコンパクト化が可能となる。上記の実施形態によれば、圧縮コイルばねの巻数や線径に応じて、アーム３に作用させる回転方向とは逆向きの力の大きさを調整できる。アーム３が可動範囲の終端にあるときに、押圧部材４４からアーム３に作用する力が最も大きくなる。押圧部材４４によれば、そのばね定数に応じた力をアーム３に作用させることができる。

【0039】

上記の実施形態によれば、押圧部材４４は、回転軸Ｘ周りの周方向に沿って配置されているので、回転保持装置４１の径方向寸法を小さくすることができる。上記の実施形態によれば、押圧部材４４が収容凹部４２ｃに収容されているので、減速機２とともに押圧部材４４を運搬することができる。

【0040】

本明細書で説明された各構成要素の寸法、材料、及び配置は、実施形態中で明示的に説明されたものに限定されず、この各構成要素は、本発明の範囲に含まれうる任意の寸法、材料、及び配置を有するように変形することができる。また、本明細書において明示的に説明していない構成要素を、説明した実施形態に付加することもできるし、各実施形態において説明した構成要素の一部を省略することもできる。

【0041】

上記の各実施形態は、適宜組み合わされてもよい。複数の実施形態を組み合わせることで実現される態様も、本発明の一実施形態となり得る。

【0042】

本発明は、ロボット以外の装置にも適用され得る。本発明が適用される装置は、第１部材と、前記第１部材に回転可能に保持された第２部材と、前記第１部材と前記第２部材との間に設けられ前記第２部材に対して前記第２部材の回転とは反対方向の力を作用させる押圧部材と、を有する。上記のケース２ａが第１部材の例であり、アーム３が第２部材の例である。また、押圧部材４、１４、２４、３４、４４は、本発明に適用可能な押圧部材の例である。

【0043】

押圧部材４、１４、２４、３４、４４は、繊維強化樹脂から作製されてもよい。これにより、押圧部材４、１４、２４、３４、４４を軽量化することができる。

【符号の説明】

【0044】

１、１１、２１、３１、４１ 回転保持装置
２ 減速機
２ａ ケース
２ｂ 減速機構
３ アーム
４、１４，２４，３４、４４ 押圧部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】