JP2002283273A - 産業用ロボットのバランサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型化することなく発生力を増加させること
が可能な構造を有するバランサ装置を提供する。 【解決手段】 一端が旋回ベース上の支点に回動可能に
支持され、他端が旋回ベース上に傾動可能に支持された
アームの上部に回動可能に支持されるバランサ装置にお
いて、略円筒形状を呈し、その上端部は前記アームの上
部に設けられた取付具と連結されることによりアームに
対して回動可能に支持され、下端部は固定フランジを介
してこの固定フランジに対して着脱可能にされた着脱フ
ランジと連結されたスプリングケースと、一端には圧縮
プレートを有し、他端には旋回ベース上の支点と回動可
能に支持するようにされた連結具を有し、なおかつ着脱
フランジに挿通するようにされたロッドと、圧縮プレー
トと着脱フランジとの間に配置されたコイルスプリング
とを有し、スプリングケースは取付具及び固定フランジ
のそれぞれとはカシメにより固着されるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多関節型の産業用
ロボットにおけるコイルスプリングを用いたバランサ装
置に関し、特に、大型化することなく発生力を増加させ
ることが可能な構造を有するバランサ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３（ａ）に示すような、旋回ベース１
１に対してアーム１３が前後方向（図３（ａ）において
は左右方向）に傾動可能にされた多関節型の産業用ロボ
ットの中には、アーム１３の傾動時の重力バランスをと
るために、コイルスプリングを内蔵したバランサ装置１
２がアーム１３に併設されているものがある。このバラ
ンサ装置により重力トルクを補償することによって、ア
ーム１３を傾動させるためのサーボモータ等のアクチュ
エータの出力を小さくでき、その結果としてアクチュエ
ータの小型化、軽量化、及び低コスト化を図っている。

【０００３】従来のバランサ装置の構成について、図３
（ｂ）を参照して説明する。円筒形状を呈したスプリン
グケース１２は、その上端が旋回ベース１１上に対して
傾動可能に連結されたアーム１３の上部に設けられた取
付具１７に連結され、これによりアーム１３に対して回
動可能に支持されている。スプリングケース１２の下部
には円環状の固定フランジ１８が取り付けられており、
さらに固定フランジ１８にはこれに対して着脱可能にさ
れた略円盤状の着脱フランジ１９が取り付けられてい
る。なお、この略円盤状の着脱フランジ１９の中心部に
は、後述するロッド１５を挿通するための貫通穴が設け
られている。

【０００４】ロッド１５は、その棒状の胴体部が前述し
た着脱フランジ１９の貫通穴に挿通されているととも
に、上端にコイルスプリング１６を圧縮させるための圧
縮プレート２０を有し、下端に旋回ベース１１上の支点
と回動可能に支持されるように設けられた連結具１４を
有している。コイルスプリング１６は、圧縮プレート２
０と着脱フランジ１９との間に配設されており、圧縮プ
レート２０を上方向に、また着脱フランジ１９を下方向
にそれぞれ付勢している。

【０００５】図３（ｂ）に示すスプリングケース１２内
部の状態は、図３（ａ）に示すようにアーム１３が垂直
状態にある場合のものであるが、アーム１３が傾動する
（アーム１３が図３（ａ）の左あるいは右方向に傾く）
と、圧縮プレート２０と着脱フランジ１９との間隔が狭
まることになるので、コイルスプリング１６が圧縮プレ
ート２０を上方向に付勢する力と、同じくコイルスプリ
ング１６が着脱フランジ１９を下方向に付勢する力とが
ともに強まり、その結果、バランサ装置はアーム１３を
垂直状態に戻そうとするように作用することになる。こ
の作用はアーム１３が傾動する際に生じる重力の作用と
は反することになるので、バランサ装置によりアーム１
３が傾動した際に生じる重力トルクを補償することが可
能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のスプ
リングケース１２は、取付具１７や固定フランジ１８と
は溶接により固着されている。近年、産業用ロボットで
は、動作範囲の拡大のためのアーム長さの増加や、高負
荷対応により、動作に必要となるエネルギーは増加する
方向にあり、バランサ装置の発生力を強くすることによ
り、このエネルギーの増加に対処しようとしている。こ
こでバランサ装置の発生力を強くした場合を考えると、
この場合、前述した溶接部には大きな力が加わることに
なるので、バランサ装置の製作時における溶接品質の管
理が重要になってくる。

【０００７】しかし、溶接の場合、溶接条件が容易に変
動するために溶接強度のバラツキを生じ易いので、溶接
品質の管理はかなり難しいものとなる。このことは、コ
イルスプリング１６の発生力が大きい程管理が困難にな
ることを意味している。安定した溶接強度の確保を図る
手段としては、一般的に、母材の厚みを確保することが
効果的であるとされているが、スプリングケース１２の
肉厚を厚くすることはバランサ装置の重量化を招くこと
になる。さらに、溶接の場合、一般に溶接ヒズミが生じ
るため、その曲がり取りや精度確保のための切削加工な
ど、溶接に伴う処理工程が必要となり、その結果、バラ
ンサ装置の製作コストの上昇を招くことになる。

【０００８】本発明は、係る従来技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、大型化することなく発生
力を増加させることが可能な構造を有するバランサ装置
を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、請求項１に係る発明では、一端が旋回ベース上
の支点に回動可能に支持されるとともに、他端が旋回ベ
ース上に傾動可能に支持されたアームの上部に回動可能
に支持されるようにされたバランサ装置において、略円
筒形状を呈し、その上端部は前記アームの上部に設けら
れた取付具と連結されることによりアームに対して回動
可能に支持されるとともに、下端部は固定フランジを介
してこの固定フランジに対して着脱可能にされた着脱フ
ランジと連結されたスプリングケースと、一端には圧縮
プレートを有するとともに他端には旋回ベース上の支点
と回動可能に支持するようにされた連結具を有し、なお
かつ着脱フランジに挿通するようにされたロッドと、圧
縮プレートと着脱フランジとの間に配置されたコイルス
プリングとを有し、スプリングケースは取付具及び固定
フランジのそれぞれとはカシメにより固着されているこ
とを特徴とする産業用ロボットのバランサ装置を提供し
た。

【００１０】請求項１に係る発明において、従来技術と
異なる点は、スプリングケースは取付具及び固定フラン
ジのそれぞれとはカシメにより固着されている点であ
る。係る構成により、スプリングケースが薄肉であって
も、スプリングケースと取付具、及びスプリングケース
と固定フランジとは、スプリングケースの長手方向に作
用するバランサ装置の発生力に対して十分強度が確保さ
れた状態で固着されることになる。

【００１１】ところで、発生力の大きなコイルスプリン
グを使用する際は、前述のカシメによる固着に加えて、
以下の構成とすることが好ましい。すなわち、請求項２
に係る発明では、請求項１に係る発明において、取付具
は略Ｔ字形状を呈するようにし、略円筒形状を呈したス
プリングケースの上端部には略円筒形状の端部を内側に
曲げることにより形成された上部引っ掛かり部が設けら
れるようにし、この上部引っ掛かり部が逆Ｔ字に配置さ
れた取付具の下部と当接されるようにした。係る構成に
より、取付具に作用するスプリングケースと離反する方
向に働く力に対して、上部引っ掛かり部が対抗すること
になり、発生力の大きなコイルスプリングを使用する際
に、特に有効なものとなる。

【００１２】同様にして、請求項３に係る発明では、請
求項１または２に係る発明において、固定フランジは略
円環形状を呈するようにし、略円筒形状を呈したスプリ
ングケースの下端部には略円筒形状の端部を外側に曲げ
ることにより形成された下部引っ掛かり部が設けられる
ようにし、この下部引っ掛かり部が略円環形状を呈した
固定フランジの下部と当接されるようにした。係る構成
により、固定フランジに作用するスプリングケースと離
反する方向に働く力に対して、下部引っ掛かり部が対抗
することになり、発生力の大きなコイルスプリングを使
用する際に、特に有効なものとなる。

【００１３】さらに、請求項４に係る発明では、請求項
２または３に係る発明において、上部引っ掛かり部と下
部引っ掛かり部の一方または双方は塑性変形により形成
されるようにした。係る構成により、切削加工に比して
必要な強度を十分に確保することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施
形態におけるバランサ装置の内部構造を示す垂直断面図
である。また、図２は、本発明の一実施形態におけるバ
ランサ装置が取り付けられた産業用ロボットの全体図で
あり、（ａ）図は正面図、（ｂ）は側面図をそれぞれ示
している。

【００１５】円筒形状を呈したスプリングケース４は、
その上端が旋回ベース１上に対して傾動可能に連結され
たアーム５の上部に設けられた取付具８に連結され、こ
れによりアーム５に対して回動可能に支持されている。
スプリングケース４の下部には略円環状の固定フランジ
４ｃが取り付けられており、さらに固定フランジ４ｃに
はこれに対して着脱可能にされた略円盤状の着脱フラン
ジ４ａが取り付けられている。なお、この略円盤状の着
脱フランジ４ａの中心部には、後述するロッド３を挿通
するための貫通穴が設けられている。

【００１６】ロッド３は、その棒状の胴体部が前述した
着脱フランジ４ａの貫通穴に挿通されているとともに、
上端にはコイルスプリング６を圧縮するための圧縮プレ
ート７を有し、下端には旋回ベース１上の支点と回動可
能に支持されるように設けられた連結具２を有してい
る。コイルスプリング６は、圧縮プレート７と着脱フラ
ンジ４ａとの間に配設されており、圧縮プレート７を上
方向に、着脱フランジ４ａを下方向にそれぞれ付勢して
いる。

【００１７】図１に示すスプリングケース４内部の状態
は、図２（ｂ）に示すようにアーム５が垂直状態にある
場合のものであるが、アーム５が傾動する（アーム５が
図２（ｂ）の左あるいは右方向に傾く）と、圧縮プレー
ト７と着脱フランジ４ａとの間隔が狭まることになるの
で、コイルスプリング６が圧縮プレート７を上方向に付
勢する力と、同じくコイルスプリング６が着脱フランジ
４ａを下方向に付勢する力がともに強まり、その結果、
バランサ装置はアーム５を垂直状態に戻そうとするよう
に作用することになる。この作用はアーム５が傾動する
際に生じる重力の作用とは反することになるので、バラ
ンサ装置によりアーム５が傾動した際に生じる重力トル
クを補償することが可能となる。

【００１８】本実施形態においては、スプリングケース
４は２〜４ｍｍ程度の薄肉円筒材としており、スプリン
グケース４の上部は取付具８に対してカシメにより固着
され、同様にして、スプリングケース４の下部は固定フ
ランジ４ｃに対してカシメにより固着されている。スプ
リングケース４を２〜４ｍｍ程度の薄肉円筒材としたこ
とにより、スプリングケース４の軽量化が図られること
は勿論のこと、スプリングケース４の取付具８や固定フ
ランジ４ｃに対するカシメの状態が良好になる。ここ
で、上述した２か所におけるカシメについて、固定フラ
ンジ４ｃに対して施されるスプリングケース４の下部と
のカシメを例にあげ、図４を参照して具体的に説明す
る。なお、図４において、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の
各図は、カシメ加工の進行状況を示しており、（ａ）→
（ｂ）→（ｃ）の順にカシメ加工が進行する。

【００１９】まず、ともに円筒形状を呈する固定フラン
ジ４ｃ及びスプリングケース４の円筒中心軸５２を一致
させ、（ａ）図に示すように、固定フランジ４ｃの円筒
内部にスプリングケース４を配置する。次いで、全体と
しては円筒形状を呈しているが下部はテーパ形状を呈し
たカシメ治具５１を、その円筒形状中心軸が前記円筒中
心軸５２と一致するように固定フランジ４ｃ及びスプリ
ングケース４の上方に位置させる。なお、このカシメ治
具５１の円筒部外径は、スプリングケース４の内径より
も僅かに大きいとともに、固定フランジ４ｃの内径より
も僅かに小さく、かつテーパ部先端の外径はスプリング
ケース４の内径よりも小さいものとする。この状態でプ
レス機等を用いてカシメ治具５１を徐々に下降させ、
（ｂ）図に示すように、カシメ治具５１のテーパ部にて
スプリングケース４の内径を押し広げながら、固定フラ
ンジ４ｃの円筒部内面にスプリングケース４の外径をマ
イナス隙間にてカシメていく。カシメが完了し、カシメ
治具５１を上昇させると、（ｃ）図に示すように、固定
フランジ４ｃに対してスプリングケース４の下部がカシ
メられた状態となる。取付具８に対して施されるスプリ
ングケース４の上部とのカシメについても同様である。

【００２０】ところで、コイルスプリング６の付勢力に
より、取付具８にはスプリングケース４に対してスプリ
ングケース４とは離反する方向（図１の上方向）に力が
作用している。そこで、スプリングケース４の上部にお
いては、前述した取付具８とのカシメによる固着ととも
に、以下の手段を講じることにした。すなわち、取付具
８は略Ｔ字形状を呈するようにし、略円筒形状を呈した
スプリングケース４の上端部には略円筒形状の端部を内
側に曲げることにより形成された上部引っ掛かり部４ｄ
が設けられるようにし、この上部引っ掛かり部４ｄが逆
Ｔ字に配置された取付具８の下部と当接されるようにし
た。係る構成により、取付具８に作用するスプリングケ
ース４と離反する方向に働く力に対して、上部引っ掛か
り部４ｄが対抗することになる。

【００２１】同様に、コイルスプリング６の付勢力によ
り、固定フランジ４ｃにはスプリングケース４に対して
スプリングケース４とは離反する方向（図１の下方向）
に力が作用している。そこで、スプリングケース４の下
部においては、前述した固定フランジ４ｃとのカシメに
よる固着とともに、以下の手段を講じることにした。す
なわち、固定フランジ４ｃは略円環形状を呈するように
し、略円筒形状を呈したスプリングケース４の下端部に
は略円筒形状の端部を外側に曲げることにより形成され
た下部引っ掛かり部４ｅが設けられるようにし、この下
部引っ掛かり部４ｅが略円環形状を呈した固定フランジ
４ｃの下部と当接されるようにした。係る構成により、
固定フランジ４ｃに作用するスプリングケース４と離反
する方向に働く力に対して、下部引っ掛かり部４ｅが対
抗することになる。

【００２２】このように、引っ掛かり部４ｄ、４ｅを形
成することにより、発生力の大きなコイルスプリングへ
も対応することができる。なお、引っ掛かり部４ｄ、４
ｅを形成する際に施されるスプリングケース４の両端部
の曲げについては、これは切削加工を施すことなく、塑
性変形を伴う加工により成形するようにすれば、必要な
強度を十分に確保することができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、スプリングケースは取
付具及び固定フランジのそれぞれとはカシメにより固着
されているので、スプリングケースが薄肉であっても、
スプリングケースと取付具、及びスプリングケースと固
定フランジとは、スプリングケースの長手方向に作用す
るバランサ装置の発生力に対して十分強度が確保された
状態で固着されることになり、その結果、スプリングケ
ースの薄肉化が可能になるため軽量なバランサ装置を提
供できることになり、さらには従来の溶接したものに比
して切削加工箇所を減少させることができるので製作コ
ストが低減した。また、バランサ装置の強度の向上が図
れることに起因して、バランサ装置を大型化することな
くその発生力を大きくすることが可能になったので、ア
ーム駆動モータの小型化やその消費エネルギーの軽減が
可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるバランサ装置の内部構造を示す
垂直断面図である。

【図２】本発明におけるバランサ装置が取り付けられた
産業用ロボットの全体図であり、（ａ）図は正面図、
（ｂ）は側面図である。

【図３】従来技術におけるバランサ装置を示した構造図
であり、（ａ）図は垂直多関節構造を有する産業用ロボ
ットの全体図、（ｂ）図はバランサ装置の内部構造を示
す垂直断面図である。

【図４】本発明におけるスプリングケース４と固定フラ
ンジ４ｃとのカシメ加工について示した概念図であり、
（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の各図は、カシメ加工の進行
状況を示している。

【符号の説明】

１ 旋回ベース ２ 連結具 ３ ロッド ４ スプリングケース ４ａ 着脱フランジ ４ｃ 固定フランジ ４ｄ 上部引っ掛かり部 ４ｅ 下部引っ掛かり部 ５ アーム ６ コイルスプリング ７ 圧縮プレート ８ 取付具 ９ ロボット上腕

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端が旋回ベース上の支点に回動可能に支
   持されるとともに、他端が旋回ベース上に傾動可能に支
   持されたアームの上部に回動可能に支持されるようにさ
   れたバランサ装置において、 略円筒形状を呈し、その上端部は前記アームの上部に設
   けられた取付具と連結されることにより前記アームに対
   して回動可能に支持されるとともに、下端部は固定フラ
   ンジを介して該固定フランジに対して着脱可能にされた
   着脱フランジと連結されたスプリングケースと、 一端には圧縮プレートを有するとともに他端には前記旋
   回ベース上の支点と回動可能に支持するようにされた連
   結具を有し、なおかつ前記着脱フランジに挿通するよう
   にされたロッドと、 前記圧縮プレートと前記着脱フランジとの間に配置され
   たコイルスプリングとを有し、 前記スプリングケースは前記取付具及び前記固定フラン
   ジのそれぞれとはカシメにより固着されていることを特
   徴とする産業用ロボットのバランサ装置。
2. 【請求項２】前記取付具は略Ｔ字形状を呈し、 略円筒形状を呈した前記スプリングケースの上端部には
   略円筒形状の端部を内側に曲げることにより形成された
   上部引っ掛かり部が設けられ、 該上部引っ掛かり部が逆Ｔ字に配置された前記取付具の
   下部と当接されていることを特徴とする請求項１に記載
   の産業用ロボットのバランサ装置。
3. 【請求項３】前記固定フランジは略円環形状を呈し、 略円筒形状を呈した前記スプリングケースの下端部には
   略円筒形状の端部を外側に曲げることにより形成された
   下部引っ掛かり部が設けられ、 該下部引っ掛かり部が略円環形状を呈した前記固定フラ
   ンジの下部と当接されていることを特徴とする請求項１
   または２に記載の産業用ロボットのバランサ装置。
4. 【請求項４】前記上部引っ掛かり部と前記下部引っ掛か
   り部の一方または双方は塑性変形により形成されている
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の産業用ロボ
   ットのバランサ装置。