JP2007040468A - 衝撃吸収機構、及び該機構を備えた機械装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 暴走する移動体の衝突による衝撃を短ストローク、低い減速度で吸収して移動体を停止させる衝撃吸収機構を提供する。
【解決手段】 移動体８の移動方向に対して傾斜した平面または曲面からなる凹部の傾斜面を移動体８に向けて開口させたホルダ部１と、前記傾斜面に対応する傾斜面からなる凸部をホルダ部１に対向して配置されたストッパ部２と、ホルダ部１とストッパ部２の両傾斜面の間に挟持される弾性体の緩衝部３とから構成され、ストッパ部２に衝突する移動体８の衝撃力を、緩衝部３の変形により吸収する。ストッパ部２の凸部の先端から延びるリセッタシャフト４と、リセッタシャフト４を貫通させて保持するホルダ部１のホルダ穴５とからなるリセット機構を設けることにより、衝突後にホルダ穴５を通過して延びるリセッタシャフト４の先端を押し戻して衝突前の状態に復帰させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動源を制御して移動体を移動させる制御系において、何らかの不具合により移動体が限界を超えて暴走した際、前記移動体を短距離、低減速度で安全に停止させ、衝突による不具合を回避させる衝撃吸収機構に関する。

工作機械、組立機械などの機械装置の多くは、モータ、アクチュエータなどの駆動源によってエンドイフェクタを含む移動体を所定位置まで高速で移動させ、エンドイフェクタによる所定動作を完了させた後に再度当該移動体を高速で元の位置に戻す動作が繰り返されている。エンドイフェクタとしては、例えば、加工工具、溶接具、塗装スプレー、吸引ノズル、マジックハンドなどの各種動作を行うものが含まれる。

このような装置の一例として、図４に部品実装装置を示している。図４において、部品実装装置５０は、部品供給部５１に供給された電子部品を実装ヘッド５２に搭載された吸着ノズル５３を用いて取り出し、基板搬送装置５４により搬入、保持された回路基板５５に対向する位置まで移動させて当該部品を実装している。この例では、実装ヘッド５２が前記移動体に、吸着ノズル５３が前記エンドイフェクタにそれぞれ該当している。

実装ヘッド５２は、部品供給部５１に対向する部品取り出し位置と、回路基板５５に対向する部品実装位置との間をＸＹロボット６０により搬送されている。ＸＹロボット６０は、実装ヘッド５２を図のＹ方向に往復移動させるＹ軸駆動部６１と、同じくＸ方向に往復移動させるＸ軸駆動部７０とから構成されている。Ｙ軸駆動部６１は、一対のモータ６２、６４と、各モータ６２、６４に結合されたボールねじ６３、６５とによりＸ軸駆動部７０をＹ方向に搬送する。Ｘ軸駆動部７０は、モータ７２と、当該モータ７２に結合されたボールねじ７３とによって実装ヘッド５２をＸ方向に搬送している。

以上の全体の動作は、制御部７５によって制御されている。したがって制御部７５には、予め実装ヘッド５２を移動させる経路がＸ−Ｙ座標に応じて入力されており（Ｚ方向についても別途制御される）、各駆動源であるモータ６２、６４、７２は、制御部７５からの指令に基づいて各駆動部６１、７０を駆動させている。なお、図示の例における上述の移動体としては、実装ヘッド５２のほかに、ＸＹロボットのＸ軸駆動部７０もＹ軸駆動部６１によって駆動される移動体となっている。

このような移動体の移動は、制御部７５の指令に基づく動作が正常である限りは問題がない。しかしながら、何らかの原因によって予期せぬ駆動力が働き、移動体が暴走することが起こり得る。これらの原因としては、例えば入力されるソフトウェアに係る問題、オペレータによる誤入力の問題、あるいは移動体となるハードウェア側の問題などが考えられる。万一の暴走があった場合、移動体が他の機械部位に高速で衝突し、衝撃によって設備全体に被害が及び得る。一般に工作機械、組立機械では1/100あるいは1/1000ｍｍオーダで各部位が精密に調整されており、また、実装ヘッド５２の例で言えば認識カメラなどの精密部位を搭載していることなどから、このような万一の暴走による衝撃は装置に多大の影響を及ぼしかねない。

このように移動体が万一暴走した場合に起こる衝突による衝撃を一定値以下に抑えるため、機械装置には一般に衝撃吸収機構が設けられている。衝撃吸収機構は、暴走する移動体と衝突が予想される部位との少なくともいずれか一方に設けられる。従来技術において、各種形態の衝撃吸収機構が使用されているが、その１つはダンパ式のショックアブソーバである（例えば、特許文献１参照。）。このショックアブソーバは、一般に軸方向に相対移動するシリンダとピストンとから構成され、衝突時に移動体を受け止めたピストンがシリンダ内に押し込まれる際、シリンダ内に充填されたオイルがオリフィスを通過する時に生ずる抵抗を利用して衝撃を吸収している。

より簡素な他の手段は、ハネナイトゴムなどの低反発ゴムを利用して衝撃吸収を行う形式のものである（例えば、特許文献２参照。）。コの字型断面のゴム材がボルト状のサポート材などに被せて使用され、衝突による衝撃はこのゴム材が弾性変形することによって吸収している。

以上の形式にかかる衝撃吸収機構は、衝突後に元の状態に復帰するものであるのに対し、衝突時の衝撃を吸収するだけでリバウンドせずに衝突後の状態を維持するものが知られており、これは一般にワンショット式と呼ばれている。図５はその一例を示している。図においてこのワンショットショックアブソーバ８０は、衝撃吸収部を形成する中空円筒状のプラスチック製の外套部８１と、前記中空部内に嵌装されたスプリングピン８２とから構成されている。外套部８１には、両端にフランジ部８３と、所定間隔を設けた中間フランジ部８４とが設けられ、これらのフランジ部８３、８４は主に円周方向への衝撃耐久力を確保している。また、スプリングピン８２は、外套部８１の長手方向の一部に設けられ、衝撃時におけるショックアブソーバの座屈を防止する役割を果たしている。

ワンショットショックアブソーバ８０は、衝突する移動体に長手方向を向け、ねじ部８５を固定部材に固定してセットされる。衝突時、長手方向に加わる衝撃によって各フランジ部８３、８４の間にある外套部８１の部分がつぶれて各フランジ部８３、８４の間にはみ出し、つぶれた部分が各フランジ部８３、８４の間に圧縮されて衝撃を吸収する。その間、スプリングピン８２は衝突した移動体に押されて中空部内をねじ部８５に向けて移動しつつ外套部８１の座屈を防止し、適正な衝撃吸収力を確保している。衝撃吸収後にはつぶれたままの形状となり、使い捨てとされる。

ワンショット式の衝撃吸収機構が採用されるのは以下の理由による。ダンパ式、ゴム式の場合、これらの復元力によって衝突した移動体が元の状態に復帰するため、状況からでは衝突の事実が判明しないことがある。衝突時にはその衝撃によって装置に僅かな調整の狂いが発生し得るが、衝突の事実が不明のままで装置の稼動を継続した場合、原因究明がされずに同様な衝突が発生し得る。また、調整の狂いのために精度不良の不具合製品が量産され、あるいは動作継続による装置本体側での焼き付きなどの問題も発生し得る。ワンショット式の衝撃吸収機構を用いれば、衝突の痕跡が残ることで上述した不具合が回避できるというメリットがある。
特表平１１−５０６５２９号公報 特開２００５−１６６２２号公報

従来技術による各衝撃吸収機構にはそれぞれ問題があった。まず、ダンパ式のショックアブソーバでは、ピストン、シリンダを含めて構造が複雑であり、コスト高となった。また、主にロングストロークでの衝撃吸収に適しており、例えば１０ｍｍ内外の短ストロークでの衝撃吸収への適用は不向きであった。

また、ゴム材を利用した従来の形式では、その反発力によるリバウンドが問題であった。リバウンドが生ずる場合には移動体を停止させる場合の減速度が大きくなる傾向にあり、精密部材をできるだけ低い衝撃で吸収するには不向きであった。

図６は、移動体が衝撃吸収機構に衝突して衝撃吸収される際の減速度（以下、「Ｇ」という。）の変化の概要を示すグラフである。一般に衝突時には、線Ａに示すように衝突の瞬間に最大のピークＰ１が現れ、その後はＧが減衰する傾向にある中でいずれかの段階で１つまたは２つの二次的なピークＰ２が現れる。ピークＰ１は、例えば特許文献１、２に示すような衝撃吸収機構が、衝突直前の最大速度でぶつかる移動体を受け止めることにより生ずるものであり、二次的なピークＰ２は、衝撃吸収機構によるリバウンドによって生ずるものであると考えられる。部品実装装置の場合では最大８Ｇ以下に抑えるなど、一般に機械装置に応じて許容限界Ｇが設定されているが、このようなピークＰ１、Ｐ２が生ずることによってこの許容限界Ｇを超えることが起こり易く、移動体、あるいは装置の他の部位に影響を及ぼす原因となり得る。

特許文献１に示すようなダンパ式の衝撃吸収機構においては、開示内容にも含まれているような圧縮スプリングや、あるいは封入されたエアを圧縮することなどによるリバウンドが生じ、これが移動体の減速度を大きくする（Ｇを増大させる）要因となる。特許文献２に示すようなゴム材を利用した衝撃吸収機構では、このリバウンドはより顕著である。ゴム材として高エネルギ吸収性を有する低反発ゴムを使用したとしても、このリバウンドは避けることができない。

衝撃吸収として好ましいのは、図６の線Ｂに示すような、ピークＰ１、Ｐ２などが生ずることのない、全般に均等に分布された減速度で停止に至る曲線となることである。この観点から言えば、図５に示したようなワンショット式の衝撃吸収機構の方がより好ましいものとなる。しかしながら従来技術で見られるワンショット式の衝撃吸収機構では、大荷重でショートストロークでの衝撃吸収は困難で、これを可能にするにはより大型のものとする必要がある。このため、工作機械などの限られたスペースで十分な衝撃吸収力を確保するには無理があった。また、現状でのワンショット式の衝撃吸収機構は、市販価格がかなり高額であるという問題もある。

以上より、本発明は上述した従来技術にある問題点を解消し、移動体が暴走した際の衝突による衝撃を、短い移動ストローク、ピークのない相対的に低い減速度で吸収し、移動体を安全に停止させることができる衝撃吸収機構を提供することを目的としている。

本発明は、円錐状凹部を有するホルダ部と、これに対応する円錐状凸部を有するストッパ部との間に前記円錐状形状に沿った弾性材からなる緩衝部を配置して当該緩衝部の圧縮、せん断を利用することにより、もしくはテーパ状断面形状をした緩衝部の圧縮と、この圧縮による変形の反発を阻止する反発抑制機構とを利用することにより、上述した問題を解消するもので、具体的には以下の内容を含む。

すなわち、本発明にかかる１つの態様は、移動体の移動方向に対して傾斜した平面または曲面からなる傾斜面により構成された凹部の前記傾斜面を前記移動体に向けて開口させたホルダ部と、前記傾斜面に対応する傾斜面からなる凸部を前記ホルダ部に対向し、前記凸部の背面を前記移動体に対向して配置されたストッパ部と、前記ホルダ部とストッパ部の両傾斜面の間に挟持される弾性体の緩衝部とから構成され、前記ストッパ部の背面に衝突する移動体の衝撃を、前記ストッパ部と前記ホルダ部との間に挟持した前記緩衝部の変形により吸収することを特徴とする衝撃吸収機構に関する。

前記衝撃吸収機構はさらに、前記ストッパ部の凸部の先端からホルダ部に向けて延びるリセッタシャフトと、前記リセッタシャフトを貫通させて保持するホルダ部のホルダ穴とから構成されて、衝突後に前記ホルダ穴を通過して延びる前記リセッタシャフトの先端を押し戻すことにより衝突前の状態に復帰させるリセット機構を備えることができる。

前記ホルダ部の凹部を円錐状凹部に、前記ストッパ部の凸部を円錐状凸部に、そして前記緩衝部を、前記円錐状凹部、凸部の間に収納される漏斗状形状に形成することができる。この場合、前記緩衝部は、扇形状の板材を丸めて漏斗状に形成してもよい。

前記ストッパ部は、前記凸部の背面側に、前記ホルダ部の開口幅よりも広い幅を有するフランジを更に備えてもよい。この場合、前記フランジの前記ホルダ部と対向する側の面、または前記ホルダ部の前記フランジと対向する面に、弾性材からなる補助緩衝部をさらに備えることができる。あるいは、前記緩衝部が、前記ストッパ部に設けられた前記フランジに対向するフランジ状の補助緩衝部を一体に備えていてもよい。

本発明にかかる他の態様は、移動体の移動方向と同軸に配置され、前記移動方向に沿った少なくとも一部に縮小した断面を有し、前記移動方向に貫通した中空穴を有する弾性体からなる緩衝部と、前記緩衝部の移動体に対向した側の面から延び、前記中空穴を貫通して前記緩衝部の反対側の面からさらに突出するリセッタシャフトと、前記リセッタシャフトを貫通させて保持するホルダ穴を有するホルダ部と、前記ホルダ穴を貫通したリセッタシャフトの前記移動方向への移動のみを許容するラチェット機構とから構成され、前記緩衝部に向けて衝突する移動体の衝撃を前記緩衝部の圧縮によって吸収し、前記緩衝部の圧縮に伴う反発を前記ラチェット機構で阻止することを特徴とする衝撃吸収機構に関する。

前記緩衝部は、前記移動体に対向する向きにテーパ状となった円錐台状、角錐台状、断面台形の帯状のいずれかの部材により構成されることができる。また、前記緩衝部は、低反発ゴムにより形成されることが望ましい。

上述したいずれのリセッタシャフトにも、前記移動体の衝突により当該衝撃吸収機構が動作したことを表示する識別部を設けることができる。

本発明にかかるさらに他の態様は、駆動源と、駆動機構と、移動体と、制御部とから構成され、前記制御部の指令に基づいて駆動する駆動源の作用で駆動機構を介して移動体を移動させ、移動体に取り付けられたエンドイフェクタを用いて所定の動作をさせる機械装置であって、前記移動体の暴走時の衝突による被害を回避するため、上述したいずれかの衝撃吸収機構を備えていることを特徴とする機械装置に関する。当該機械装置は、前記移動体がＸＹロボットまたは実装ヘッド、前記エンドイフェクタが吸着ノズルとなる部品実装装置とすることができる。

本発明を実施することにより、移動体の衝突による衝撃を短いストローク、低いＧで吸収することができ、経済的にも優れた衝撃吸収機構を提供することができる。このような衝撃吸収機構の利用により、移動体の衝突による各種機械装置への被害を最小限にとどめることができる。

本発明にかかる第１の実施の形態の衝撃吸収機構について、図面を参照して説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態にかかる衝撃吸収機構１０を示している。図１（ａ）において、衝撃吸収機構１０は、円錐状凹部を形成して装置本体側に設けられたホルダ部１と、円錐状凸部を形成し、当該円錐状凸部をホルダ部１の前記円錐状凹部に対向して配置されるストッパ部２と、前記ホルダ部１とストッパ部２の間に挟持される漏斗状（円錐リング状）の緩衝部３とから構成されている。

ストッパ部２には、一端がストッパ部２に固定され、他端がストッパ部２の円錐状凸部の先端から延びるリセッタシャフト４が取り付けられている。図示の例ではリセッタシャフト４はワッシャ６ａ、スナップリング６ｂによってストッパ部２に固定されているが、ストッパ部２に溶接などにより固定されても、あるいはストッパ部２と一体に形成されてもよい。リセッタシャフト４の遠隔側の他端は、ホルダ部１に設けられるホルダ穴５を移動自在に貫通して延び、その先端にはリテーナ９ａが取り付けられている。リテーナ９ａは、ストッパ部２の抜け（図の右方向への移動）を防止し、リテーナ９ａの固定位置は止めねじ９ｂによって調整可能である。このリセッタシャフト４とホルダ穴５とは、後述するリセッタ機構として機能する。ホルダ部１、ストッパ部２は、それぞれ鉄、アルミなどの金属、あるいはポリカーボネートやピーク樹脂などのプラスチック材で形成することができる。

緩衝部３は、一般にゴムなどの弾性体が使用され、ハネナイトゴムのような低反発ゴムが好ましいが、例えばニトリルゴムなどの他のゴム材も使用可能である。緩衝部３は、図示のようにホルダ部１とストッパ部２との間にピッタリ嵌まるように配置される。衝撃吸収機構１０は、ストッパ部２の凸部の背面を矢印７に示すように衝突する移動体８に対向するよう配置される。以下の説明では便宜上この配置を前提とするが、ただし図示の状態とは反対に、当該衝撃吸収機構１０を移動体の側に設け、ストッパ部２を装置本体側に対向して配置することも可能である。

本実施の形態にかかる衝撃吸収機構１０は、以下のように動作する。何らかの制御トラブルにより暴走してきた移動体８は、衝撃吸収機構１０のストッパ部２の背面に向けて矢印７の方向から衝突する。この衝突により、図１（ｂ）に示すように、ストッパ部２はホルダ部１に向けて移動し、その間、中間にある緩衝部３がホルダ部１の円錐状凹部と接近するストッパ部２の円錐状凸部との間にはさまれて圧縮され変形する。両者のさらなる接近によって、弾性体である緩衝部３は圧縮変形によって両者の隙間の間に延び、図の左方向となる両円錐状部の頂部に向けてせり上がる。これがさらなる抵抗力を生み、衝撃力とこの抵抗とがバランスした点で移動体８を停止させることができる。

移動体８が停止した後、緩衝部３の復元力によってもストッパ部２が元の位置に戻ることはない。ストッパ部２は、緩衝部３との間の摩擦力によって圧縮後の位置に維持されるからである。すなわち、当該衝撃吸収機構１０では、移動体８をリバウンドさせる力を吸収する機能を有している。衝突後の状態を元に復するには、上述したリセッタ機構を利用する。すなわち、ストッパ部２の移動によりホルダ部１のホルダ穴５から図の左方に突出しているリセッタシャフト４の先端のリテーナ９ａ部分をハンマで叩くなどにより右方へ押し込んでやればよい。緩衝部３とホルダ部１およびストッパ部との間の摩擦力に打ち勝つ衝撃を一旦加えてやれば、あとは緩衝部３の反発力によって容易に通常状態に復帰させることができる。

オプションとして、リセッタシャフト４には、衝撃吸収機構１０が動作したことを示す識別部を設けることができる。これは、通常に衝撃吸収機構１０がセットされた状態で、図１の右側に示すホルダ部１の外面に対応するリセッタシャフト４の外周に目印線、あるいはカラーリングを施しておく。移動体８の衝突により衝撃吸収機構１０が動作すると、リセッタシャフト４が図の右方へ前進するため、この識別部がホルダ部１の前記外面から離れ、これをオペレータが確認することによって動作の事実を知ることができる。この識別部を設けることで、僅かな衝撃によるリセッタシャフト４の小幅な移動があったときなどでも見過ごすことがなくなる。図１（ａ）に示す構成では、リテーナ９ａ自身がこの識別部として機能し得る。

なお、衝突時の衝撃の大小によるが、緩衝部３が衝撃によって切断などされていない限り、緩衝部３の再利用が可能である。すなわち、本実施の形態によれば、従来のワンショット式の衝撃吸収機構とは異なって復元が可能であり、緩衝部３が必ずしも使い捨てとはならない点で有利となる。

移動体の速度と質量とによって決まる衝撃エネルギの大きさと、所望のストロークあるいは所望の減速度Ｇとの関係は、以下のような各種の諸元によって調整することができる。
（１）ホルダ部１の開口径
（２）ホルダ部１（またはストッパ部２）の円錐部傾斜角（両者は必ずしも平行でなくてもよい。）
（３）緩衝部３の肉厚、径、高さ（図の左右方向の幅）
（４）緩衝部３の材質（反発力、硬度など）
（５）ホルダ部１及びストッパ部２と、緩衝部３との間の摩擦係数、など。

部品実装装置を用いて行った本願発明者らの実験によれば、上述した要件を適切に組み合わせることにより、通常の使用状態に応じて約８０ｋｇの実装ヘッド部を1.5ｍ／秒で当該衝撃吸収機構１０に衝突させたときに、10ｍｍ未満の移動ストローク、８Ｇ以下の減速度で衝撃吸収して停止させる、という要求条件を見事にクリアしている。同等の移動エネルギを吸収させようとした場合、図５に示すような従来技術による市販のワンショットショックアブソーバではつぶれ代が18〜20ｍｍにもなり、要求条件を満足することができない。

上述したように、衝撃吸収機構に要求される好ましい特性は、衝突瞬時のＧのピークと、その後停止するまでの間に見られるＧの二次的なピークの発生を回避できることである。本実施の形態にかかる衝撃吸収機構１０では、このいずれの特性をも備えたものとすることができる。二次的なピークの発生は、上述したようにリバウンドを吸収することによって達成される。また、衝突瞬時のＧのピークが回避される理由は、以下のように説明することができる。

すなわち、特許文献２に示すようなゴム式の衝撃吸収機構では、ゴム材の全面で移動体を受け止めてその衝撃をゴム材の単純圧縮によって吸収している。これに対して本実施の形態にかかる衝撃吸収機構１０では、まず、緩衝部３に対する移動体の衝突時の接近速度を、前記円錐状部の傾斜面によって実質的に減速させる効果を生む。例えば図１（ａ）に示す断面において、移動体の移動方向に対する緩衝部３の傾斜角をθとすれば、緩衝部３を圧縮する方向にかかる移動体８の速度成分はｓｉｎθの比で減速される。これに加えて、緩衝部３に加わる衝撃力が、単なる圧縮方向だけではなくてせん断方向へも分散して作用することから、この両者の分散により衝突時の衝撃を瞬間的に和らげる効果を生んでいる。但し、衝突の後には圧縮によって容量がより狭くなる円錐頂部の隙間に向かう緩衝部３のために抗力が増大し、結果的に有効な衝撃吸収作用が得られるものとなる。

サマリーとして、本実施の形態にかかる衝撃吸収機構１０を従来技術で知られた各技術と比較した場合、以下のような顕著な特徴が見られる。
（１）衝突瞬時の衝撃が小さい。（各方式と比較した場合。）
（２）リバウンド力を吸収する。（ダンパ式、ゴム式と比較した場合。）
（３）衝突の痕跡が残る。（ダンパ式、ゴム式と比較した場合。）
（４）衝撃吸収力の調整が容易である。（ダンパ式、ワンショット式と比較した場合。）
（５）復活が容易である。（ワンショット式と比較した場合。）
（６）安価である。（ダンパ式、ワンショット式と比較した場合。）
（７）状況に応じて再利用が可能である。（ワンショット式と比較した場合。）

なお、以上の説明ではホルダ部１の凹部、ストッパ部２の凸部が円錐状に形成されるものとしているが、本実施の形態はこれに限定されない。例えば、任意の角数の角錐状、あるいは、図１（ａ）に示すようなＶ字状の断面が図面に垂直な方向に延在する楔形の帯状に形成されていてもよい。これらを合せて一般的に表現すれば、本実施の形態にかかる衝撃吸収機構１０は、移動体８の移動方向７に対して傾斜した平面または曲面からなる傾斜面により構成された凹部の前記傾斜面を移動体８に向けて開口させたホルダ部１と、前記傾斜面に対応した傾斜面からなる凸部をホルダ部１に対向して配置されたストッパ部２と、ホルダ部１とストッパ部２の両傾斜面の間にピッタリ収納される弾性体の緩衝部３とから構成されたものとなる。

ホルダ部１とストッパ部２が円錐状に形成されているとき、緩衝部３は上述したような漏斗状形状となる。当該緩衝部３を予めこの漏斗状形状のものに成形して使用することもできるが、このためには型具が必要となり製造コストも割高となる。代替案として、緩衝部３を、平板の打ち抜きなどによって適切な扇形状に形成し、これを丸めて円錐状（漏斗状）にし、使用することが経済的である。

図２（ａ）は、本実施の形態にかかる衝撃吸収機構の他の態様を示している。図において、ここではストッパ部２にフランジ２ａが設けられている。フランジ２ａの外径Ｄは、ホルダ部１の開口径ｄよりも大きく設定してある。先の態様では、ストッパ部２が緩衝部３を圧縮しつつ移動体８と共に前進し、最終的にはストッパ部２の円錐状凸部がホルダ部１の円錐状凹部に限りなく接近して停止する。しかしながら、緩衝部３が弾性体であるため、衝突時の衝撃の大きさによってはストッパ部２を所定の限界停止位置に停止させることができない場合もあり得る。

これに対し、ストッパ部２にフランジ２ａを設けた図２（ａ）に示す構成であれば、移動体８が衝突してストッパ部２を前進させても、フランジ２ａがホルダ部１の対向面に突き当たることでデッドエンドとなり、ストッパ部２、及びこれにつらなる移動体８をその位置で確実に停止させることができる。例えば、移動体８が一定位置以上に前進した場合に設備の損傷が免れないなどのクリティカルな状況がある場合には、本態様に示すような形態が有利となる。

なお、図では移動体８に対向したストッパ部２の端末にフランジ２ａを形成しているが、これをストッパ部２の円錐状凸部の中間から張り出すつば部に形成することもできる。フランジ２ａまたはつば部の位置は、所望される停止位置との関係によって定まる。ここでいうフランジ２ａには、このような凸部の中間に形成されるつば部をも包含している。

次に図２（ｂ）は更に他の態様を示しており、ここでは先のフランジ２ａがストッパ部２に設けられているほか、緩衝部３にもフランジ３ａが設けられ、ストッパ部２のフランジ２ａに対向している。移動体８の衝突を受けたストッパ部２が前進し、一定の距離（図のｓで示す距離）を過ぎると双方のフランジ２ａ、３ａが突き当たり、以降の前進は、この部分の圧縮抵抗が加わるためにストッパ部２の前進をより大きな力で吸収する。これは、図２（ａ）で示す形態では最終的に剛体同士の衝突となって大きなＧが働く虞があるのに対し、本態様ではこれを和らげる効果を生む。

図２（ｃ）は、更に他の態様を示したもので、ここではストッパ部２のフランジ２ａにリング状の補助緩衝部２ｂを設けている。この場合の衝撃吸収効果は、図２（ｂ）に示すものと同様であるが、緩衝部３にフランジ３ａを設ける必要がなく、緩衝部３は図１に示すものと共通化することができ、さらには扇状の板材が使用できるなどの利点を有する。加えて、緩衝部３は衝突の結果、切断されて取替えの必要性が生ずる場合もあるが、図示のような補助緩衝部２ｂとした場合にはこの部分にせん断力が作用することがなく、より長期の繰り返し使用が可能になる点でも有利となる。なお、この補助緩衝部２ｂは、フランジ２ａに取り付ける代わりに、ホルダ部１側でフランジ２ａに対向する位置に取り付けてもよい。

以上、図２（ａ）〜（ｃ）に示す態様では、いずれもホルダ部１、ストッパ部２が円錐状に形成された場合を前提に説明しているが、角錐状、あるいは帯状に形成されている場合にも同様な態様が可能である。この場合、フランジ２ａの幅は、少なくともその一部で対応する位置にあるホルダ部１の開口幅よりも広く、ストッパ部２の移動をホルダ部１に押し当てて停止できるものであればよい。緩衝部３に設けられるフランジ３ａ、あるいは補助緩衝部２ｂについてもこれに準ずる。なお、図２（ａ）〜（ｃ）ではストッパ部２を固定するワッシャ６ａ、スナップリング６ｂ、あるいはリテーナ９ａなどを省略しているが、図１（ａ）に示すものと同様に設けることができる。

次に、本発明にかかる第２の実施の形態の衝撃吸収機構について、図面を参照して説明する。繰り返しとなるが、暴走する移動体を短いストローク、少ない衝撃力で停止させる際の重要な要素は、衝突瞬時のＧをできるだけ小さくすることと、リバウンドによる停止途中でのＧの増大を無くすことである。ゴムに代表される弾性体の衝撃吸収ではこの点が課題であったが、本実施の形態では弾性体でありながら上述した２つの要件を満たすことができる衝撃吸収機構を対象としている。

図３は、本実施の形態にかかる衝撃吸収機構を示している。図において、本実施の形態にかかる衝撃吸収機構２０は、弾性材からなる緩衝部２１と、緩衝部２１をリセット可能に保持するリセッタ部２２と、緩衝部２１及びリセッタ部２２を保持するホルダ部２３とから構成されている。

緩衝部２１は、矢印７で示す移動体８の衝突方向に対向する向きに断面がテーパ状となった弾性体から形成されている。具体的形状としては、円錐台状、角錐台状が好ましく（この中には円錐状、角錐状を含む）、他にも、例えば図示のような台形断面が図面に垂直方向に延在する帯状であってもよい。材質としては、ハネナイトゴムなどの低反発ゴム材料が好ましいが、例えばニトリルゴムなどの他のゴム材料であってもよい。緩衝部２１には、中央を貫通する中空部２４が設けられている。

リセッタ部２２は、中空部２４を貫通して緩衝部２１を保持するリセッタシャフト２６と、リセッタシャフト２６の戻りを阻止するラチェット機構２７とから構成されている。リセッタシャフト２６にはつば部２８が設けられ、緩衝部２１の衝突面を覆って押え、緩衝部２１を保持している。ホルダ部２３にはホルダ穴２９が空けられ、リセッタシャフト２６を移動自在に貫通させて保持している。ラチェット機構２７は、リセッタシャフト２６に設けられたラチェット溝にロックピンが係合するよう構成されている。ロックピンは、図示しないスプリングによってラチェット溝に向けて常時付勢されている。このラチェット機構２７は、移動体８の衝突によるリセッタシャフト２６の図の左方向への移動のみを許容し、逆方向の移動を阻止する。

以上のように構成された衝撃吸収機構２０は、以下のように動作する。矢印７に示すように移動体８が移動し、まずリセッタシャフト２６のつば部２８に衝突した後、つば部２８と共に緩衝部２１を圧迫する。この際、圧縮力はまず小さい断面を有する緩衝部２１の先端部分に作用するため、衝突瞬時のＧがこの部分で吸収されてピークを生ずることがない。その後、圧縮力が緩衝部２１の断面積が広がる他の部分にも伝播し、より大きな抵抗力となって緩衝部２１全体で衝撃力を吸収する。この緩衝部２１の圧縮により、リセッタシャフト２６が図の左方となる衝突移動方向に移動し、ラチェット機構２７の噛み合いを変化させる。移動体８の衝撃力が完全に吸収されると緩衝部２１の圧縮は止み、リセッタシャフト２６の移動は停止するが、ラチェット機構２７の作用によって緩衝部２１が反発して移動体８を押し戻すことはない。すなわち、リバウンドによるＧの二次的なピークが現れることなく、衝撃を吸収することができる。

圧縮状態を旧に復するには、ラチェット機構２７を解除してやればよい。ラチェット溝を予めねじと同様な螺旋状に切っておくことで、ロックピン側をリセッタシャフト２６回りに回転させて簡単にラチェット機構を解除することができる。緩衝部２１が破断されていない限り、緩衝部２１を含めてそのまま再使用ができる。

また、衝撃吸収力の調整は、緩衝部２１の構造、すなわち、全体形状（円錐、角錐、帯状など）、テーパ角、材質（硬度、反発係数など）などの適宜選択によって可能である。

なお、図示の例では緩衝部２１のテーパ状に先細りした先端部を移動体８に対向する向きに配置しており、衝突瞬時のＧピークを回避するには好ましい配置であるが、衝突時の衝撃吸収は断面強度の弱い（断面の小さい）部分を圧縮することから始まるため、極端にはこの向きを反対に配置しておいても、衝撃伝播の僅かな時間差はあるもののほぼ同様の効果を得ることができる。同様に、必ずしも一方に傾斜したテーパ状でなくても、軸方向に沿った断面の一部に断面積が相対的に小さい窪んだ領域と、その領域から断面積が徐々に広がる領域とを設けることで同様な効果を得ることができる。

本実施の形態にかかる衝撃吸収機構２０は、基本的に第１の実施の形態で示す衝撃吸収機構１０と同様な特徴を有している。すなわち、衝突瞬時の衝撃が小さく（断面積の小さい領域）、リバウンド力を吸収し（ラチェット機構）、衝突の痕跡が残り（ラチェット機構）、衝撃吸収力の調整が容易であり（緩衝部２１の形状など）、復活が容易であり（ラチェット機構）、安価であり（簡単な形状の緩衝部２１）、状況に応じて再利用が可能である、という各利点を有する。リセッタシャフト２６に衝撃吸収機構２０が動作したことを表示する識別部を設けることができる点も先の実施の形態と同様である。

以上、本発明にかかる衝撃吸収機構の各実施の形態について述べてきたが、本発明はこれら衝撃吸収機構と共に、当該衝撃吸収機構を備えた機械装置をも包含している。すなわち、本発明にかかる機械装置は、駆動源と、駆動機構と、移動体と、制御部とから構成され、前記制御部の指令に基づいて駆動する駆動源の作用で駆動機構を介して移動体を移動させ、移動体に取り付けられたエンドイフェクタを用いて所定の動作をさせる機械装置であって、前記移動体の不慮の暴走による衝突を回避するため、以上の各実施の形態に示す衝撃吸収機構を備えたものである。

本発明は、動力源と移動体とを備えた機械装置を使用する各種産業分野において広く利用することができ、暴走する移動体による機械装置への悪影響を最小限にとどめることができる。

本発明にかかる実施の形態の衝撃吸収機構を示す側面一部断面図である。 図１に示す衝撃吸収機構の他の態様を示す側面断面図である。 本発明にかかる他の実施の形態の衝撃吸収機構を示す側面一部断面図である。 部品実装装置の概要を示す斜視図である。 従来技術によるワンショット式ショックアブソーバを示す側面一部断面図である。 移動体が衝撃吸収機構に衝突した際の減速度を示すグラフである。

符号の説明

１．ホルダ部、 ２．ストッパ部、 ２ａ．フランジ、 ３．緩衝部、 ３ａ．フランジ、 ４．リセッタシャフト、 ５．ホルダ穴、 ８．移動体、 １０、２０．衝撃吸収機構、 ２１．緩衝部、 ２２．リセッタ、 ２３．ホルダ部、 ２６．リセッタシャフト、 ２７．ラチェット機構、 ２９．ホルダ穴。

Claims (13)

1. 移動体の移動方向に対して傾斜した平面または曲面からなる傾斜面により構成された凹部の前記傾斜面を前記移動体に向けて開口させたホルダ部と、
   前記傾斜面に対応する傾斜面からなる凸部を前記ホルダ部に対向し、前記凸部の背面を前記移動体に対向して配置されたストッパ部と、
   前記ホルダ部とストッパ部の両傾斜面の間に挟持される弾性体の緩衝部とから構成され、
   前記ストッパ部の背面に衝突する移動体の衝撃を、前記ストッパ部と前記ホルダ部との間に挟持した前記緩衝部の変形により吸収することを特徴とする衝撃吸収機構。
2. 前記ストッパ部の凸部の先端からホルダ部に向けて延びるリセッタシャフトと、
   前記リセッタシャフトを貫通させて保持するホルダ部のホルダ穴とから構成され、
   衝突後に前記ホルダ穴を通過して延びる前記リセッタシャフトの先端を押し戻すことにより衝突前の状態に復帰させるリセット機構をさらに備えていることを特徴とする、請求項１に記載の衝撃吸収機構。
3. 前記ホルダ部の凹部が円錐状凹部、前記ストッパ部の凸部が円錐状凸部、前記緩衝部が、前記円錐状凹部、凸部の間に収納される漏斗状形状に形成させていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の衝撃吸収機構。
4. 前記緩衝部が、扇形状の板材を丸めて漏斗状に形成されていることを特徴とする、請求項３に記載の衝撃吸収機構。
5. 前記ストッパ部が、前記凸部の背面側に、前記ホルダ部の開口幅よりも広い幅を有するフランジを更に備えていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の衝撃吸収機構。
6. 前記フランジの前記ホルダ部と対向する側の面、または前記ホルダ部の前記フランジと対向する面に、弾性材からなる補助緩衝部をさらに備えていることを特徴とする、請求項５に記載の衝撃吸収機構。
7. 前記緩衝部が、前記ストッパ部に設けられた前記フランジに対向するフランジ状の補助緩衝部を一体に備えていることを特徴とする、請求項５に記載の衝撃吸収機構。
8. 移動体の移動方向と同軸に配置され、前記移動方向に沿った少なくとも一部に縮小した断面を有し、前記移動方向に貫通した中空穴を有する弾性体からなる緩衝部と、
   前記緩衝部の移動体に対向した側の面から延び、前記中空穴を貫通して前記緩衝部の反対側の面からさらに突出するリセッタシャフトと、
   前記リセッタシャフトを貫通させて保持するホルダ穴を有するホルダ部と、
   前記ホルダ穴を貫通したリセッタシャフトの前記移動方向への移動のみを許容するラチェット機構とから構成され、
   前記緩衝部に向けて衝突する移動体の衝撃を前記緩衝部の圧縮によって吸収し、前記緩衝部の圧縮に伴う反発を前記ラチェット機構で阻止することを特徴とする衝撃吸収機構。
9. 前記緩衝部が、前記移動体に対向する向きにテーパ状となった円錐台状、角錐台状、断面台形の帯状のいずれかの部材により構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の衝撃吸収機構。
10. 前記緩衝部が、低反発ゴムにより形成されていることを特徴とする、請求項１または請求項８に記載の衝撃吸収機構。
11. 前記リセッタシャフトが、前記移動体の衝突により当該衝撃吸収機構が動作したことを表示する識別部を備えていることを特徴とする、請求項２または請求項８に記載の衝撃吸収機構。
12. 駆動源と、駆動機構と、移動体と、制御部とから構成され、前記制御部の指令に基づいて駆動する駆動源の作用で駆動機構を介して移動体を移動させ、移動体に取り付けられたエンドイフェクタを用いて所定の動作をさせる機械装置において、前記移動体の暴走時の衝突による被害を回避するため、請求項１から請求項１１のいずれか一に記載の衝撃吸収機構を備えていることを特徴とする機械装置。
13. 前記移動体がＸＹロボットまたは実装ヘッドであり、前記エンドイフェクタが吸着ノズルであり、前記装置が、部品供給部に供給された部品を搬送して回路基板に実装する部品実装装置であることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
    
    

Images