特許 7704877 機械の回転要素をバランスさせるバランサユニット、及び機械

(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】2025-06-30

(45)【発行日】2025-07-08

(54)【発明の名称】機械の回転要素をバランスさせるバランサユニット、及び機械

(51)【国際特許分類】

   B25J 19/00 20060101AFI20250701BHJP

【ＦＩ】

B25J19/00 D

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2023550802

(86)(22)【出願日】2021-09-28

(86)【国際出願番号】 JP2021035680

(87)【国際公開番号】W WO2023053217

(87)【国際公開日】2023-04-06

【審査請求日】2024-04-05

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100112357

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 繁樹

(72)【発明者】

【氏名】島田 忠示

【審査官】國武 史帆

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１８８５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２１６６９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２７７４７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０８０１５８０７（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開昭６０－６３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６１－１０２７４９（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

機械の回転要素をバランスさせるために該回転要素にモーメントを与えるバランサユニットであって、
前記回転要素を付勢することで前記モーメントを生じさせる付勢機構と、
支持シャフトを介して前記機械に回転可能に支持され、前記付勢機構を受容するケーシングと、を備え、
前記ケーシングは、
前記付勢機構を環囲する周壁と、
前記周壁の内周面から内方へ突出するように該周壁に設けられ、前記支持シャフトを相対回転可能に受容する中空のシャフト受容部と、を有する、バランサユニット。

【請求項2】

前記シャフト受容部は、さらに、前記周壁の外周面から外方へ突出する、請求項１に記載のバランサユニット。

【請求項3】

前記周壁は、
前記付勢機構と同心状に配置された中央壁と、
前記中央壁の外周面から外方へ膨出する膨出壁と、を有し、
前記シャフト受容部は、前記膨出壁の前記内周面から内方へ突出するように該膨出壁に設けられる、請求項１又は２に記載のバランサユニット。

【請求項4】

前記膨出壁は、前記中央壁の軸方向の一端から他端まで延在する、請求項３に記載のバランサユニット。

【請求項5】

前記膨出壁は、前記中央壁の径方向から見て、前記一端から前記他端まで一定の幅で延在するか、又は、前記一端から前記他端へ向かうにつれて前記幅が小さくなるように延在する、請求項４に記載のバランサユニット。

【請求項6】

前記膨出壁は、前記中央壁の軸方向から見て矩形状又は円形状の外形を有する、請求項３～５のいずれか１項に記載のバランサユニット。

【請求項7】

前記周壁は、前記支持シャフトの延在方向と平行な長軸を有する楕円状の外形を有する、請求項１又は２に記載のバランサユニット。

【請求項8】

前記付勢機構は、
前記回転要素に連結され、前記ケーシングに進退可能に受容されるロッドと、
前記ケーシングの内部に収容され、前記ロッドを付勢する付勢要素と、を有し、
前記支持シャフトは、前記ロッドの進退方向と直交する方向に延在する、請求項１～７のいずれか１項に記載のバランサユニット。

【請求項9】

前記付勢要素は、
前記ロッドと前記ケーシングとの間に介挿され、該ロッドに弾性力を加えることで該ロッドを付勢する弾性部材、又は、
前記ロッドと前記ケーシングとの間の空間に封入され、該ロッドに圧力を加えることで該ロッドを付勢する流体、を含む、請求項８に記載のバランサユニット。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか１項に記載のバランサユニットを備える、機械。

【請求項11】

前記機械は、前記回転要素としての腕部を有する多関節ロボットであって、
前記バランサユニットは、前記付勢機構が前記腕部を付勢することで、重力に起因して該腕部に作用する重力モーメントとは反対の方向へ前記モーメントを与えて、該腕部を前記重力に対してバランスさせる、請求項１０に記載の機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、機械の回転要素をバランスさせるバランサユニット、及び機械に関する。

【背景技術】

【0002】

機械の回転要素をバランスさせるバランサユニットが知られている（例えば、特許文献１）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平１１－２１６６９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来、バランサユニットのケーシングに生じる応力集中を軽減しつつ、バランサユニットの小型化及び軽量化を実現可能な技術が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様において、機械の回転要素をバランスさせるために該回転要素にモーメントを与えるバランサユニットは、回転要素を付勢することでモーメントを生じさせる付勢機構と、支持シャフトを介して機械に回転可能に支持され、付勢機構を受容するケーシングとを備える。ケーシングは、付勢機構を環囲する周壁と、周壁の内周面から内方へ突出するように該周壁に設けられ、支持シャフトを相対回転可能に受容する中空のシャフト受容部とを有する。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、周壁の内方へ突出するように設けられたシャフト受容部によってバランサユニットの回転動作を支持することで、ケーシングに応力集中が発生するのを抑制し、これにより、ケーシングが変形及び破損してしまうのを防止できる。その結果、バランサユニットのケーシングの薄肉化が可能となり、以って、バランサユニットの小型化及び軽量化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態に係る機械の概略図である。

【図2】図１に示すバランサユニットの断面図である。

【図3】図２に示すケーシング本体の斜視図である。

【図4】図３に示すケーシング本体を軸方向（図３中の矢印ＩＶ）から見た正面図である。

【図5】図３に示すケーシング本体を、軸方向と直交する平面で切断した断面図である。

【図6】他の実施形態に係るケーシング本体の斜視図である。

【図7】さらに他の実施形態に係るケーシング本体の斜視図である。

【図8】図７に示すケーシング本体を軸方向から見た正面図である。

【図9】さらに他の実施形態に係るケーシング本体の斜視図である。

【図10】図９に示すケーシング本体を軸方向から見た正面図である。

【図11】さらに他の実施形態に係るケーシング本体を軸方向から見た正面図である。

【図12】他の実施形態に係るバランサユニットの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する種々の実施形態において、同様の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。まず、図１を参照して、一実施形態に係る機械１０について説明する。本実施形態においては、機械１０は、垂直多関節ロボットであって、ロボットベース１２、旋回胴１４、下腕部１６、上腕部１８、及び手首部２０を備える。

【0009】

ロボットベース１２は、作業セルの床、又は無人搬送車（ＡＧＶ）の上に固定される。旋回胴１４は、軸線Ａ１の周りに回転可能となるように、ロボットベース１２に設けられる。軸線Ａ１は、例えば、鉛直方向と平行である。より具体的には、旋回胴１４は、ベース部１４ａと、互いに対向するようにベース部１４ａから立ち上がる一対の支持壁１４ｂ及び１４ｃ（図２）とを有する。

【0010】

下腕部１６は、軸線Ａ２の周りに回転可能となるように、旋回胴１４に設けられる。軸線Ａ２は、軸線Ａ１と直交する（例えば、水平方向と平行である）。より具体的には、下腕部１６は、一対の支持壁１４ｂ及び１４ｃの間で回転可能に支持される基端部１６ａと、該基端部１６ａとは反対側の先端部１６ｂとを有する。

【0011】

上腕部１８は、軸線Ａ３の周りに回転可能となるように下腕部１６の先端部１６ｂに設けられた基端アーム部１８ａと、軸線Ａ４の周りに回転可能となるように基端アーム部１８ａの先端部に設けられた先端アーム部１８ｂとを有する。軸線Ａ３は、軸線Ａ２と平行であり、軸線Ａ４は、軸線Ａ３と直交する。

【0012】

手首部２０は、軸線Ａ５の周りに回転可能となるように先端アーム部１８ｂの先端部に設けられた手首ベース２０ａと、軸線Ａ６の周りに回転可能となるように手首ベース２０ａに設けられた手首フランジ２０ｂとを有する。軸線Ａ５は、軸線Ａ４と直交し、軸線Ａ６は、軸線Ａ５と直交する。

【0013】

機械１０は、旋回胴１４、下腕部１６、基端アーム部１８ａ、先端アーム部１８ｂ、手首ベース２０ａ、及び手首フランジ２０ｂを、軸線Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５及びＡ６の周りにそれぞれ回転させることで、手首フランジ２０ｂに取り付けられたエンドエフェクタ（図示せず）を任意の位置に配置させる。したがって、旋回胴１４、下腕部１６、基端アーム部１８ａ、先端アーム部１８ｂ、手首ベース２０ａ、及び手首フランジ２０ｂの各々は、機械１０の回転要素を構成する。

【0014】

機械１０は、該機械１０の回転要素をバランスさせるために該回転要素にモーメントＭｃを与えるバランサユニット５０をさらに備える。本実施形態においては、バランサユニット５０は、下腕部１６をバランスさせるために、旋回胴１４に設けられている。以下、図２を参照して、バランサユニット５０について説明する。

【0015】

バランサユニット５０は、ケーシング５２、及び付勢機構５４を備える。ケーシング５２は、中心軸線Ａ７を有する中空部材であって、付勢機構５４を受容する。ケーシング５２、一対の支持シャフト５６及び５８を介して、旋回胴１４に回転可能に支持されている。

【0016】

なお、以下の説明においては、軸線Ａ７に沿う方向を軸方向、該軸線Ａ７を中心とする円の半径方向を径方向、軸線Ａ７周りの方向を周方向として言及する。また、便宜上、図中の矢印Ｂに示す方向を、軸方向後方として言及する。ケーシング５２は、ケーシング本体６０と、該ケーシング本体６０に固定される蓋体６２とを有する。

【0017】

以下、図３～図５を参照して、ケーシング本体６０について説明する。ケーシング本体６０は、底壁６４、周壁６６、及び一対のシャフト受容部６８及び７０を有する。底壁６４は、平板部材であって、ケーシング本体６０の軸方向後端を画定する。周壁６６は、筒状であって、底壁６４から軸方向前方へ延出する。

【0018】

より具体的には、周壁６６は、中央壁７２、及び一対の膨出壁７４及び７６を有する。本実施形態においては、中央壁７２は、軸線Ａ７を中心軸線とする円筒状の部材であって、内周面７２ａ及び外周面７２ｂを有する。中央壁７２は、膨出壁７４及び７６によって、円弧状の２つの部分に分割され、該中央壁７２の内周面７２ａによって、略円柱状の内部空間Ｓ１が画定される。

【0019】

膨出壁７４及び７６の各々は、中央壁７２の外周面７２ｂから径方向外方へ膨出するように、該中央壁７２に一体に形成されている。膨出壁７４及び７６の各々は、軸方向から見て矩形の外形を有するとともに、中央壁７２の軸方向前端から軸方向後端まで延在している。

【0020】

より具体的には、膨出壁７４は、互いに対向して外周面７２ｂから径方向外方へ延出する一対の側壁部７４ａ及び７４ｂと、該側壁部７４ａ及び７４ｂの間で延在する端壁部７４ｃとを有する。側壁部７４ａ及び７４ｂと、端壁部７４ｃとは、略直交する。側壁部７４ａの内面７４ｄと、側壁部７４ｂの内面７４ｅと、端壁部７４ｃの内面７４ｆとによって、略四角柱状の内部空間Ｓ２が画定される。この内部空間Ｓ２は、内部空間Ｓ１に連通し、且つ内部空間Ｓ１から径方向外方へ膨出するように、画定される。

【0021】

一方、膨出壁７６は、軸線Ａ７を中心として膨出壁７４を１８０°回転させた回転対称な形状を有する。具体的には、膨出壁７６は、外周面７２ｂから、膨出壁７４とは反対の方向へ延出する一対の側壁部７６ａ及び７６ｂと、該側壁部７６ａ及び７６ｂの間で延在する端壁部７６ｃとを有する。側壁部７６ａの内面７６ｄと、側壁部７６ｂの内面７６ｅと、端壁部７６ｃの内面７６ｆとによって、略四角柱状の内部空間Ｓ３が画定される。この内部空間Ｓ３は、内部空間Ｓ１に連通し、該内部空間Ｓ１から径方向外方へ膨出するように、画定される。

【0022】

また、中央壁７２の内周面７２ａと、膨出壁７４及び７６の内面（具体的には、内面７４ｄ、７４ｅ、７４ｆ、７６ｄ、７６ｅ及び７６ｆ）とによって、周壁６６の内周面６６ａが画定される。一方、中央壁７２の外周面７２ｂと、膨出壁７４及び７６の外面とによって、周壁６６の外周面６６ｂが画定される。本実施形態においては、膨出壁７４及び７６は、中央壁７２の径方向から見て、該中央壁７２の軸方向前端から軸方向後端まで一定の幅Ｗ（図５）で延在する。

【0023】

シャフト受容部６８及び７０は、中空であって、周壁６６の内周面６６ａから内方へ突出するとともに、周壁６６の外周面６６ｂから外方へ突出するように、該周壁６６に設けられている。具体的には、シャフト受容部６８は、端壁部７４ｃの内面７４ｆから径方向内方へ突出するとともに、該端壁部７４ｃの外面７４ｇから径方向外方へ突出するように、該端壁部７４ｃに一体に設けられている。

【0024】

シャフト受容部６８は、中心軸線Ａ８を有する円筒状の部材であって、上述の支持シャフト５６（図２）を相対回転可能に受容する。軸線Ａ８は、軸線Ａ７と直交する。シャフト受容部６８の径方向内側の端面６８ａは、軸線Ａ７を中心とする円弧面となっている。端面６８ａは、中央壁７２の内周面７２ａと同じ曲率半径を有してもよいし、内周面７２ａよりも大きい（又は小さい）曲率半径を有してもよい。

【0025】

一方、シャフト受容部７０は、軸線Ａ７を中心としてシャフト受容部６８を１８０°回転させた回転対称な形状を有する。具体的には、シャフト受容部７０は、中心軸線Ａ９を有する円筒状の部材であって、上述の支持シャフト５８（図２）を相対回転可能に受容する。シャフト受容部７０は、膨出壁７６の端壁部７６ｃの内面７６ｆから径方向内方へ突出するとともに、該端壁部７６ｃの外面７６ｇから径方向外方へ突出するように、該端壁部７６ｃに一体に設けられている。

【0026】

また、シャフト受容部７０の径方向内側の端面７０ａは、軸線Ａ７を中心とする円弧面となっている。端面７０ａは、中央壁７２の内周面７２ａと同じ曲率半径を有してもよいし、内周面７２ａよりも大きい（又は小さい）曲率半径を有してもよい。本実施形態においては、軸線Ａ８及びＡ９は、互いに一致しており（つまり、同じ直線上に整列し）、シャフト受容部６８及び７０は、軸線Ａ８及びＡ９を基準として同心に配置されている。

【0027】

再度、図２を参照して、蓋体６２は、本体部６２ａ、及びガイド部６２ｂを有する。本体部６２ａは、平板状の部材であって、周壁６６の軸方向前端に、ボルト等の締結具（図示せず）によって固定され、ケーシング本体６０の軸方向前側に画定された開口部を閉塞する。本体部６２ａの中央部には、貫通孔６２ｃが形成されている。

【0028】

ガイド部６２ｂは、円筒状であって、本体部６２ａから軸方向後方へ延出するように、該本体部６２ａに一体に形成されている。なお、ガイド部６２ｂは、本体部６２ａから軸方向前方へさらに延出するように設けられてもよい。ガイド部６２ｂの内周面６２ｄは、本体部６２ａの貫通孔６２ｃと軸方向に連通している。図２に示すように蓋体６２がケーシング本体６０に固定された状態においては、ガイド部６２ｂの中心軸線は、軸線Ａ７と略一致する。なお、本実施形態においては、内周面６２ｄは、滑り軸受から構成される。

【0029】

ケーシング５２は、支持壁１４ｂに設けられた支持シャフト５６、及び支持壁１４ｃに設けられた支持シャフト５８の周りに回転可能となるように、旋回胴１４の支持壁１４ｂ及び１４ｃの間に配置される。図２に示すようにケーシング５２が支持シャフト５６及び５８に支持された状態においては、支持シャフト５６の中心軸線は、軸線Ａ８と一致し、支持シャフト５８の中心軸線は、軸線Ａ９と一致する。

【0030】

すなわち、シャフト受容部６８及び７０と、支持シャフト５６及び５８とは、軸線Ａ８及びＡ９を基準として同心状に配置され、軸方向と直交する方向（つまり、径方向）へ延在する。また、軸線Ａ８及びＡ９は、軸線Ａ２と略平行になる（換言すれば、ケーシング５２の軸方向は、軸線Ａ２と略直交する）。

【0031】

付勢機構５４は、下腕部１６を付勢することで該下腕部１６にモーメントＭｃを生じさせる。付勢機構５４は、ロッド８０、及び付勢要素８２を有する。ロッド８０は、軸線Ａ７を基準としてケーシング５２と略同心状に配置され、蓋体６２のガイド部６２ｂに進退可能に受容される。

【0032】

具体的には、ロッド８０は、軸方向に真直ぐに延在する円柱状のシャフト部８０ａと、該シャフト部８０ａの軸方向後端から外方へ突出する円板状のフランジ部８０ｂと、シャフト部８０ａの軸方向前端に固設された円筒部８０ｃとを有する。シャフト部８０ａは、軸方向に進退可能となるようにガイド部６２ｂ及び貫通孔６２ｃに挿通されている。

【0033】

フランジ部８０ｂは、内部空間Ｓ１内に収容されている一方、円筒部８０ｃは、ケーシング５２の外部に露出している。シャフト部８０ａ及びフランジ部８０ｂは、ケーシング本体６０の周壁６６によって環囲され、軸線Ａ７を基準として該周壁６６の中央壁７２と同心状に配置されている。

【0034】

なお、本実施形態においては、フランジ部８０ｂの外周面８０ｄは、中央壁７２の内周面７２ａから径方向内方へ僅かに離隔して配置されている。フランジ部８０ｂの外周面８０ｄは、中央壁７２の内周面７２ａ、シャフト受容部６８及び７０の端面６８ａ及び７０ａと、略平行となっている。

【0035】

代替的には、フランジ部８０ｂの外周面８０ｄと、中央壁７２の内周面７２ａとは、互いに当接してもよい。この場合において、内周面７２ａが滑り軸受から構成されてもよいし、該内周面７２ａに潤滑オイルが塗布されてもよい。円筒部８０ｃは、中心軸線Ａ１０を有し、その内部に連結シャフト８４を相対回転可能に受容する。軸線Ａ１０は、軸線Ａ７と直交する（又は、軸線Ａ２と平行となる）。

【0036】

付勢要素８２は、内部空間Ｓ１に収容され、ロッド８０を付勢する。本実施形態においては、付勢要素８２は、弾性部材（より具体的には、圧縮コイルばね）であって、ロッド８０のフランジ部８０ｂと、蓋体６２の本体部６２ａとの間に介挿されている。付勢要素８２は、フランジ部８０ｂを本体部６２ａから離反させるように該フランジ部８０ｂに弾性力を加えることで、ロッド８０を軸方向後方へ付勢する。

【0037】

ロッド８０は、その円筒部８０ｃが連結シャフト８４を介して下腕部１６に回転可能に連結されている。より具体的には、下腕部１６の基端部１６ａには、該基端部１６ａから外方へ突出するように円筒部１６ｃが固設されている。円筒部１６ｃは、軸線Ａ１０を基準としてロッド８０の円筒部８０ｃと同心状に配置され、連結シャフト８４を受容する。こうして、ロッド８０は、その円筒部８０ｃが連結シャフト８４を介して下腕部１６の円筒部１６ｃに回転可能に連結されている。

【0038】

下腕部１６が鉛直方向と略平行になる直立姿勢から、軸線Ａ２周りに回転して、水平方向と略平行になる水平姿勢へ向かって傾倒すると、下腕部１６には、重力に起因して重力モーメントＭｇ（図１）が作用する。このような重力モーメントＭｇをキャンセルするために、付勢機構５４は、下腕部１６を付勢することで、該下腕部１６に対し、重力モーメントＭｇとは反対の方向へモーメントＭｃを与える。

【0039】

より具体的には、下腕部１６が水平姿勢へ向かって傾倒すると、ロッド８０は、連結シャフト８４を介して、軸線Ａ２周りに回動する円筒部１６ｃによって軸方向前方へ引っ張られ、これにより、ケーシング５２から引き出されて軸方向前方へ先進する。そうすると、付勢要素８２が軸方向へ圧縮されて、その反力として、ロッド８０（具体的には、フランジ部８０ｂ）に軸方向後方の弾性力を加え、これによりロッド８０を軸方向後方へ付勢する。

【0040】

その結果、ロッド８０は、連結シャフト８４を介して円筒部１６ｃに力を加えることで下腕部１６を重力モーメントＭｇとは反対の方向へ付勢し、これにより、下腕部１６にモーメントＭｃを生じさせる。こうして、バランサユニット５０は、下腕部１６を重力に対してバランスさせる。

【0041】

一方、下腕部１６が鉛直姿勢へ向かって起き上がるにつれて、ロッド８０は、軸方向後方へ後退し、ケーシング５２の内部へ押し入れられる。このようなロッド８０の軸方向への進退動作は、蓋体６２のガイド部６２ｂによって案内される。そして、バランサユニット５０は、ロッド８０の進退動作に従って、支持シャフト５６及び５８（すなわち、軸線Ａ８及びＡ９）の周りに回転する。ケーシング本体６０のシャフト受容部６８及び７０は、このようなロッド８０の進退動作と、バランサユニット５０の軸線Ａ８及びＡ９周りの回転動作とを支持する。

【0042】

以上のように、本実施形態においては、ケーシング５２は、付勢機構５４（具体的には、シャフト部８０ａ及びフランジ部８０ｂ）を環囲する周壁６６と、該周壁６６の内周面６６ａから内方へ突出するように該周壁６６に設けられたシャフト受容部６８及び７０とを有する。

【0043】

ここで、本発明者は、バランサユニット５０の稼働時にケーシング５２に生じる応力のシミュレーション解析を実行し、その結果、シャフト受容部６８及び７０を周壁６６の内方へ突出するように形成することによって、ケーシング５２に生じる応力集中を軽減できることを見出した。

【0044】

本実施形態によれば、周壁６６の内方へ突出するように設けられたシャフト受容部６８及び７０によってロッド８０の進退動作とバランサユニット５０の回転動作とを支持することで、ケーシング５２（具体的には、ケーシング本体６０）に応力集中が発生するのを抑制し、これにより、ケーシング５２が変形及び破損してしまうのを防止できる。

【0045】

その結果、ケーシング本体６０の厚さを大きくすることなく応力集中を抑制できるので、ケーシング本体６０の成形時に材料内に気泡（いわゆる、鋳巣）が生じるのを防止できるとともに、ケーシング本体６０の薄肉化が可能となることから、ケーシング本体６０の大型化及び重量の増大を避けることができる。したがって、バランサユニット５０の小型化及び軽量化を実現できる。また、応力集中の抑制によりケーシング本体６０への偏荷重が回避され、バランサユニット５０の長寿命化を実現できる。

【0046】

また、本実施形態においては、シャフト受容部６８及び７０は、さらに、周壁６６の外周面６６ｂから外方へ突出する。この構成によれば、シャフト受容部６８及び７０が外周面６６ｂから径方向外方へ突出する突出長さを小さくしつつ、該シャフト受容部６８及び７０の軸線Ａ８及びＡ９の方向の長さを大きく設定できる。これにより、ケーシング本体６０に応力集中が発生するのを効果的に抑制できるとともに、シャフト受容部６８及び７０の強度を高めることができる。

【0047】

また、本実施形態においては、周壁６６は、付勢機構５４（具体的には、シャフト部８０ａ及びフランジ部８０ｂ）と同心状に配置された中央壁７２と、該中央壁７２の外周面７２ｂから外方へ膨出する膨出壁７４及び７６とを有し、シャフト受容部６８及び７０は、膨出壁７４及び７６の内周面（具体的には、内面７４ｆ及び７６ｆ）から内方へ突出するように、該膨出壁７４及び７６に設けられている。

【0048】

この構成によれば、中央壁７２の寸法（つまり、半径）を最小化することができる一方で、シャフト受容部６８及び７０が設けられる膨出壁７４及び７６を側方へ膨出させることによって、該膨出壁７４及び７６の強度を高めることができる。これにより、ケーシング本体６０の総重量が増大するのを抑制できる。

【0049】

また、本実施形態においては、膨出壁７４及び７６は、中央壁７２の軸方向前端から軸方向後端まで延在し、且つ、中央壁７２の径方向から見て一定の幅Ｗで延在している。この構成によれば、膨出壁７４及び７６の強度を効果的に高めることができる。また、本実施形態においては、膨出壁７４及び７６は、中央壁７２の軸方向から見て矩形状の外形を有する。この構成によれば、膨出壁７４及び７６の強度を、より効果的に高めることができる。

【0050】

また、本実施形態においては、付勢機構５４は、回転要素（具体的には、下腕部）１６に連結され、ケーシング５２に進退可能に受容されるロッド８０と、ケーシング５２の内部に収容され、ロッド８０を付勢する付勢要素８２とを有し、支持シャフト５６及び５８は、ロッド８０の進退方向（つまり、軸方向）と直交する方向（つまり、径方向）に延在する。

【0051】

この構成によれば、付勢要素８２が発生させる付勢力を、ロッド８０を通して回転要素１６に効率的に加えることができるとともに、該ロッド８０の進退動作に従ってケーシング５２が支持シャフト５６及び５８（具体的には、軸線Ａ７及びＡ８）の周りに回転可能であることから、該ロッド８０の進退動作を効果的に支持することができる。これにより、回転要素１６にモーメントＭｃを効果的に生じさせることができる。

【0052】

また、本実施形態においては、付勢要素８２は、ロッド８０（具体的には、フランジ部８０ｂ）とケーシング５２（具体的には、蓋体６２の本体部６２ａ）との間に介挿され、該ロッド８０に弾性力を加えることで該ロッド８０を付勢する弾性部材（圧縮コイルばね）を含む。この構成によれば、圧縮コイルばねのような比較的簡単な構造の弾性部材によって、ロッド８０に付勢力を効果的に加えることができる。

【0053】

なお、本実施形態において、中央壁７２と側壁部７４ａ若しくは７４ｂ、中央壁７２と側壁部７６ａ若しくは７６ｂ、側壁部７４ａ若しくは７４ｂと端壁部７４ｃ、側壁部７６ａ若しくは７６ｂと端壁部７６ｃ、シャフト受容部６８と端壁部７４ｃ、又は、シャフト受容部７０と端壁部７６ｃとの接続部を、丸みのある角部（いわゆる、角Ｒ部）に形成してもよい。これにより、ケーシング本体６０に生じる応力集中をより効果的に避けることができる。

【0054】

また、シャフト受容部６８が端壁部７４ｃの内面７４ｆから径方向内方へ突出する突出長さＬ１（図５）と、シャフト受容部６８が端壁部７４ｃの外面７４ｇから径方向外方へ突出する突出長さＬ２とは、Ｌ１＝Ｌ２、Ｌ１＞Ｌ２、又は、Ｌ１＜Ｌ２であってもよい。同様に、シャフト受容部７０が端壁部７６ｃの内面７６ｆから径方向内方へ突出する突出長さＬ１と、シャフト受容部７０が端壁部７６ｃの外面７６ｇから径方向外方へ突出する突出長さＬ２とは、Ｌ１＝Ｌ２、Ｌ１＞Ｌ２、又は、Ｌ１＜Ｌ２であってもよい。

【0055】

また、上述の付勢要素８２は、フランジ部８０ｂと本体部６２ａとの間に介挿された引張りコイルばねから構成されてもよい。この場合、付勢要素８２は、フランジ部８０ｂを蓋体６２へ接近させるように該フランジ部８０ｂに弾性力を加えることで、ロッド８０を軸方向前方へ付勢する。

【0056】

なお、ケーシング本体６０には、種々の変形例が考えられる。以下、図６～図１１を参照してケーシング本体６０の変形例について説明する。図６に示すケーシング本体９０は、上述のケーシング本体６０と、周壁９２において相違する。周壁９２は、上述の中央壁７２と、該中央壁７２の外周面７２ｂから径方向外方へ膨出するように該中央壁７２に一体に形成された一対の膨出壁９４及び９６とを有する。

【0057】

膨出壁９４及び９６の各々は、中央壁７２の軸方向前端から軸方向後端へ向かうにつれて幅Ｗが小さくなるように延在している。より具体的には、膨出壁９４は、互いに対向して外周面７２ｂから径方向外方へ延出する一対の側壁部９４ａ及び９４ｂと、該側壁部９４ａ及び９４ｂと直交する端壁部９４ｃとを有する。

【0058】

側壁部９４ａの内面９４ｄと、側壁部９４ｂの内面９４ｅと、端壁部９４ｃの内面９４ｆとによって、内部空間Ｓ１から径方向外方へ膨出する内部空間Ｓ２が画定される。側壁部９４ａ及び９４ｂは、中央壁７２の軸方向前端から軸方向後端へ向かうにつれて互いに接近するように延在し、その軸方向後端で互いに接続している。これにより、膨出壁９４の幅Ｗが軸方向後方へ向かうにつれて小さくなっている。

【0059】

一方、膨出壁９６は、軸線Ａ７を中心として膨出壁９４を１８０°回転させた回転対称な形状を有する。具体的には、膨出壁９６は、側壁部９４ａ、側壁部９４ｂ、及び端壁部９４ｃにそれぞれ対応する、側壁部９６ａ、側壁部９６ｂ、及び端壁部９６ｃを有する。側壁部９６ａの内面９６ｄ、側壁部９６ｂの内面９６ｅ、及び端壁部９６ｃの内面９６ｆによって、内部空間Ｓ１から径方向外方へ膨出する内部空間Ｓ３が画定される。

【0060】

また、中央壁７２の内周面７２ａと、膨出壁９４及び９６の内面（内面９４ｄ、９４ｅ、９４ｆ、９６ｄ、９６ｅ及び９６ｆ）とによって、周壁９２の内周面９２ａが画定される。一方、中央壁７２の外周面７２ｂと、膨出壁９４及び９６の外面とによって、周壁９２の外周面９２ｂが画定される。

【0061】

シャフト受容部６８は、端壁部９４ｃの内面９４ｆから径方向内方へ突出するとともに、端壁部９４ｃの外面９４ｇから径方向外方へ突出するように、該端壁部９４ｃに一体に設けられている。一方、シャフト受容部７０は、端壁部９６ｃの内面９６ｆから径方向内方へ突出するとともに、端壁部９６ｃの外面９６ｇから径方向外方へ突出するように、該端壁部９６ｃに一体に設けられている。

【0062】

なお、膨出壁９４及び９６は、軸線Ａ８及びＡ９の方向（つまり、径方向外側）から見て、略楕円形の外形を有するように形成されてもよい。この構成によれば、ケーシング本体９０の審美性を向上させることができる。また、膨出壁９４及び９６は、中央壁７２の軸方向前端から軸方向後方へ延びて、底壁６４よりも軸方向前側の位置で終端してもよい。この場合、中央壁７２の軸方向後端は、円環状となり、底壁６４は、中央壁７２と同じ外形を有し、該中央壁７２の軸方向後端に一体に設けられる。

【0063】

なお、中央壁７２と側壁部９４ａ若しくは９４ｂ、中央壁７２と側壁部９６ａ若しくは９６ｂ、側壁部９４ａ若しくは９４ｂと端壁部９４ｃ、側壁部９６ａ若しくは９６ｂと端壁部９６ｃ、シャフト受容部６８と端壁部９４ｃ、又は、シャフト受容部７０と端壁部９６ｃとの接続部を、丸みのある角部に形成してもよい。

【0064】

図７及び図８に示すケーシング本体１００は、上述のケーシング本体６０と、周壁１０２において相違する。周壁１０２は、上述の中央壁７２と、該中央壁７２の外周面７２ｂから径方向外方へ膨出するように該中央壁７２に一体に形成された一対の膨出壁１０４及び１０６とを有する。

【0065】

膨出壁１０４及び１０６の各々は、軸方向から見て円形状の外形を有する。より具体的には、膨出壁１０４は、周方向一方の端縁１０４ａから周方向他方の端縁１０４ｂまで径方向外方へ膨出するように円弧状に延在するとともに、中央壁７２の軸方向前端から軸方向後端まで一定の幅Ｗ（図８）で延在する。膨出壁１０４の円弧状の内周面１０４ｃによって、内部空間Ｓ１から径方向外方へ膨出する内部空間Ｓ２が画定される。

【0066】

同様に、膨出壁１０６は、周方向一方の端縁１０６ａから周方向他方の端縁１０６ｂまで径方向外方へ膨出するように円弧状に延在するするとともに、中央壁７２の軸方向前端から軸方向後端まで一定の幅Ｗで延在する。膨出壁１０６の円弧状の内周面１０６ｃによって、内部空間Ｓ１から径方向外方へ膨出する内部空間Ｓ３が画定される。膨出壁１０４及び１０６の各々は、中央壁７２、端面６８ａ及び７０ａよりも小さい曲率半径を有している。

【0067】

中央壁７２の内周面７２ａと、膨出壁１０４及び１０６の内周面１０４ｃ及び１０６ｃとによって、周壁１０２の内周面１０２ａが画定される。一方、中央壁７２の外周面７２ｂと、膨出壁１０４の外周面１０４ｄと、膨出壁１０６の外周面１０６ｄとによって、周壁１０２の外周面１０２ｂが画定される。

【0068】

シャフト受容部６８は、膨出壁１０４の内周面１０４ｃから径方向内方へ突出するとともに、膨出壁１０４の外周面１０４ｄから径方向外方へ突出するように、該膨出壁１０４に一体に設けられている。また、シャフト受容部７０は、膨出壁１０６の内周面１０６ｃから径方向内方へ突出するとともに、膨出壁１０６の外周面１０６ｄから径方向外方へ突出するように、該膨出壁１０６に一体に設けられている。

【0069】

本実施形態においては、膨出壁１０４及び１０６が、軸方向から見て円形状の外形を有することから、膨出壁１０４及び１０６に応力集中が生じるのを効果的に抑制することができる。よって、膨出壁１０４及び１０６の強度を向上できる。なお、中央壁７２と膨出壁１０４若しくは１０６、シャフト受容部６８と端壁部９４ｃ、又は、シャフト受容部７０と端壁部９６ｃとの接続部との接続部を、丸みのある角部に形成してもよい。

【0070】

図９及び図１０に示すケーシング本体１１０は、上述のケーシング本体６０と、周壁１１２において相違する。周壁１１２は、支持シャフト５６及び５８の延在方向と平行な長軸を有する楕円状の外形を有する。より具体的には、周壁１１２は、軸線Ａ８及びＡ９と一致する長軸と、軸線Ａ７、Ａ８及びＡ９と直交する短軸とを有する楕円状の外形を有している。

【0071】

シャフト受容部６８及び７０の各々は、周壁１１２の内周面１１２ａから径方向内方へ突出するとともに、該周壁１１２の外周面１１２ｂから径方向外方へ突出するように、該周壁１１２に一体に形成されている。本実施形態においては、周壁１１２が楕円状の外形を有することから、周壁１１２に応力集中が生じるのを効果的に抑制することができる。よって、周壁１１２の強度を高めることができる。

【0072】

なお、周壁１１２と、シャフト受容部６８又は７０との接続部を、丸みのある角部に形成してもよい。また、周壁１１２は、楕円形に限らず、軸方向から見て軸線Ａ８及びＡ９の方向に長手方向を有する如何なる形状（例えば、長方形、菱形、又は６角形等の多角形）の外形を有してもよい。

【0073】

図１１に示すケーシング本体１２０は、上述のケーシング本体６０と、シャフト受容部６８’及び７０’において相違する。本実施形態においては、シャフト受容部６８’は、端壁部７４ｃの内面７４ｆから径方向内方へ突出する一方、端壁部７４ｃの外面７４ｇから外方へ突出しない。

【0074】

同様に、シャフト受容部７０’は、端壁部７６ｃの内面７６ｆから径方向内方へ突出する一方、端壁部７６ｃの外面７６ｇから外方へ突出しない。なお、端壁部７４ｃとシャフト受容部６８’、又は、端壁部７６ｃとシャフト受容部７０’との接続部を、丸みのある角部に形成してもよい。本実施形態においても、ケーシング本体１２０に応力集中が発生するのを抑制し、以って、ケーシング本体１２０を薄肉化できるので、バランサユニット５０の小型化及び軽量化を実現できる。

【0075】

なお、上述のケーシング本体９０、１００又は１１０に、シャフト受容部６８’及び７０’を適用してもよい。この場合、シャフト受容部６８’及び７０’は、周壁９２、１０２又は１１２の内周面から内方へ突出する一方、周壁９２、１０２又は１１２の外周面から外方へ突出しない。

【0076】

なお、上述の実施形態においては、付勢機構５４が、弾性部材である付勢要素８２を有する場合について述べた。しかしながら、付勢要素は、流体から構成されてもよい。このような形態を、図１２に示す。図１２に示すバランサユニット５０’は、ケーシング５２、及び付勢機構５４’を有し、該付勢機構５４’は、ロッド８０’、及び付勢要素８２’を有する。ロッド８０’は、上述のシャフト部８０ａ及び円筒部８０ｃと、シャフト部８０ａの軸方向後端から外方へ突出するフランジ部８０ｂ’とを有する。フランジ部８０ｂ’は、周壁６６と同じ外形を有し、該周壁６６の内周面６６ａと摺動可能に密接している。

【0077】

本実施形態においては、付勢要素８２’は、ロッド８０’とケーシング５２との間の空間Ｓ１、Ｓ２及びＳ３に封入された流体である。より具体的には、付勢要素８２’は、例えば気体又はオイルであって、ケーシング５２の内部空間Ｓ１、Ｓ２及びＳ３のうち、ロッド８０’のフランジ部８０ｂ’とケーシング本体６０の底壁６４との間の空間に封入されている。

【0078】

例えば、付勢要素８２’に負圧が与えられた場合、該付勢要素８２’は、圧縮コイルばねから構成された付勢要素８２と同様に作用して、フランジ部８０ｂ’を蓋体６２から離反させるように該フランジ部８０ｂ’に圧力を加えることで、ロッド８０’を軸方向後方へ付勢する。

【0079】

一方、付勢要素８２’に正圧が与えられた場合、該付勢要素８２’は、引張りコイルばねから構成された付勢要素８２と同様に作用して、フランジ部８０ｂ’を蓋体６２へ接近させるように該フランジ部８０ｂ’に圧力を加えることで、ロッド８０’を軸方向前方へ付勢する。

【0080】

ケーシング本体６０の底壁６４には、流体導入口６４ａが形成され、該流体導入口６４ａを通して、付勢要素８２’がケーシング５２の内部空間Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に導入されてもよい。付勢要素８２’の導入後、流体導入口６４ａは、栓１１４によって密に閉塞されてもよい。

【0081】

なお、上述の軸線Ａ８及びＡ９の少なくとも一方は、軸線Ａ７（又は、軸線Ａ２）に対して傾斜してもよい。また、シャフト受容部６８又は７０は、円筒状に限らず、例えば多角形の外形を有してもよいし、中空である如何なる形状を有してもよい。また、上述の中央壁７２は、円筒状に限らず、例えば、軸線Ａ８及びＡ９に一致する長軸を有する楕円状であってもよいし、他の如何なる外形を有してもよい。また、膨出壁７４、７６、９４、９６、１０４又は１０６は、軸方向から見て、矩形又は円形に限らず、如何なる外形を有してもよい。

【0082】

また、上述の実施形態においては、一対のシャフト受容部６８及び７０がケーシング本体６０、９０、１００及び１１０に設けられている場合について述べた。しかしながら、これに限らず、シャフト受容部６８及び７０の一方を省略してもよい。例えば、ケーシング本体６０、９０、１００又は１１０において、シャフト受容部７０の代わりに、周壁６６、９２、１０２又は１１２から径方向外方へ突出する支持シャフト５８’を該周壁６６に一体に形成し、該支持シャフト５８’と支持シャフト５６とを介して、ケーシング本体６０を旋回胴１４に回転可能に支持することもできる。ケーシング本体１２０についても、同様に、一対のシャフト受容部６８’及び７０’の一方を省略してもよい。

【0083】

なお、上述の実施形態においては、バランサユニット５０及び５０’が、下腕部１６をバランスさせるために旋回胴１４に設けられる場合について述べた。しかしながら、これに限らず、バランサユニット５０又は５０’は、例えば、上腕部１８をバランスさせるために下腕部１６の先端部１６ｂに設けられてもよいし、又は、機械１０のいずれの回転要素１４、１６、１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂをバランスさせるように設けられてもよい。

【0084】

また、機械１０は、垂直多関節ロボットに限らず、水平多関節ロボット、パラレルリンクロボット、又は、ワークを回転させる回転式ポジショナ等、回転要素を備える如何なるタイプの機械であってもよい。以上、実施形態を通じて本開示を説明したが、上述の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。

【符号の説明】

【0085】

１０ 機械
１４、１６、１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂ 回転要素
５０ バランサユニット
５２ ケーシング
５４、５４’ 付勢機構
５６、５８ 支持シャフト
６０、９０、１００、１１０、１２０ ケーシング本体
６２ 蓋体
６６、９２、１０２、１１２ 周壁
６８、６８’、７０、７０’ シャフト受容部
７２ 中央壁
７４、７６、９４、９６、１０４、１０６ 膨出壁
８０、８０’ ロッド
８２、８２’ 付勢機構

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】