JP2009097571A - バネ装置およびリンク機構 - Google Patents

Abstract

【課題】リンクどうしが適正な間隔距離に保たれている状態では、両リンクに比較的に小さな引っ張り付勢力を与え、しかもリンクどうしの間隔距離が大きくなると、大きな引っ張り付勢力を与えて、ボールジョイントを構成するボール部から受部が抜け外れることを確実に防ぐことができるバネ装置を提供する。
【解決手段】このバネ装置は、第１圧縮バネ１９と、該第１圧縮バネ１９と直列状に配された第２圧縮バネ２０とを付勢要素として備える。これら第１圧縮バネ１９のバネ定数（ｋ１）と第２圧縮バネ（ｋ２）のバネ定数とは互いに異なるものとする。これにて、付勢要素全体の合成バネ定数（ｋ０）としては、これら第１および第２圧縮バネ１９・２０の各々のバネ定数（ｋ１・ｋ２）よりも、それを抑えることができる。また、バネ定数の小さな圧縮バネ２０が圧縮限界に至ったときには、他方のバネ定数の大きな圧縮バネ１９のみが圧縮されるため、バネ装置１５は大きな引っ張り付勢力を発揮する。
【選択図】図１

Description

本発明は、二つの被対象物の間に配されて、これら被対象物を近付ける方向に弾性付勢力を発揮するバネ装置に関する。本発明は、ボールジョイントを介して平行状に配された一対のリンクを含むリンク機構の付勢要素として好適である。

従来より、産業用ロボット等の分野においては、所謂パラレルメカニズムと称される三次元的な自由度の高い動きを可能とする機構が広く知られている。例えばパラレルメカニズムが採用された産業用ロボットでは、複数本（多くは三本）のアームで把持要素となるハンド部が支持されており、これらアームがフレキシブルに動くことで、ハンド部の高精度且つ広範囲の動作を実現している。各アームとしては、上下端部がボールジョイントを介して平行状に連結された一対のリンクで構成されたものが知られており、両リンクはバネ装置により引っ張り付勢力が与えられている。詳しくは、リンクの端部に形成されたカップ状の受部に、両リンク間に介在するジョイントに形成された球状のボール部が係合しており、ボール部が受部から抜け外れることを目的として、両リンクの間に引っ張り付勢力を与えるバネ装置が装着されている。

以上のようなリンク機構に適用されるバネ装置としては、引っ張りバネを付勢要素とするものがある（文献不詳）。しかし、引っ張りバネでは、両リンクが過度に広げられると、バネが伸びきる、すなわち付加方向（引っ張り方向）に塑性変形するおそれがある。また、引っ張りバネの両端とリンク等との間の連結部分が外れるおそれもある。

以上のような問題を解決し得るものとして、特許文献１には一個の圧縮バネを付勢要素とするバネ装置が記載されている。このバネ装置は、互いに隣り合って平行に変位できる第１のアングル装置を有する第１の引っ張り装置と、第２のアングル装置を有する第１の引っ張り装置と、これらアングル装置の間に配された圧縮バネとで構成される。そして、この圧縮バネに由来するリンクを近付ける方向に付勢する弾性付勢力により、ボールジョイントを構成するボール部に受部を押し付けて、ボール部から受部が抜け外れることを防止している。また、圧縮バネを付勢要素としたので、引っ張りバネにおいては避けることができなかった、バネの伸びきりや連結部分が外れるなどの問題も解消できる。

特表２００２−５２９２５８号公報

特許文献１に記載のバネ装置の問題は、圧縮バネのバネ定数を大きくして付勢力を大きくすると、ボール部が受部から外れ難くなるものの、その分だけ受部がボール部に強く押し付けられてしまい、結果としてリンク機構の通常の稼動状態でボール部または受部が摩耗し易くなることにある。また、受部にボール部が強く押し付けられるため、リンク機構を駆動するモータの負荷が大きくなり消費電力の増大を招く不利もある。逆に圧縮バネのバネ定数を小さくすると、受部やボール部の磨耗等を抑えることができるものの、リンク間に働く引っ張り付勢力が小さくなって、ボール部から受部が抜け外れるおそれがある。

本発明の目的は、例えば被対象物間が適正な間隔距離に保たれている状態では、比較的に小さな引っ張り付勢力を発揮し、しかも被対象物間の間隔距離が大きくなると、大きな引っ張り付勢力を発揮するバネ装置を提供することにある。
すなわち、ボールジョイントを介して平行状に配された一対のリンクを備えるリンク機構に適用した場合を例にすると、リンクどうしが適正な間隔距離に保たれている状態では、両リンクに比較的に小さな引っ張り付勢力を与え、しかもリンクどうしの間隔距離が大きくなると、大きな引っ張り付勢力を与えて、ボール部からの受部の抜け外れを確実に防ぐことができるバネ装置を提供することにある。
また本発明の目的は、リンクどうしが適正な間隔距離に保たれている状態では、両リンクに比較的に小さな引っ張り付勢力を与え、しかもリンクどうしの間隔距離が大きくなると、大きな引っ張り付勢力を与えて、ボール部からの受部の抜け外れを確実に防ぐことができるリンク機構を提供することにある。

本発明は、二つの被対象物間に配されて、これら被対象物に引張り付勢力を与えるバネ装置を対象とする。このバネ装置は、第１圧縮バネと、該第１圧縮バネと直列状に配された第２圧縮バネとを付勢要素する。そして、これら第１圧縮バネのバネ定数と第２圧縮バネのバネ定数とが、互いに異なるものであることを特徴とする。ここで言う「圧縮バネ」とは、圧縮された状態において軸方向の外向きに向かって付勢力を発揮する圧縮コイルバネを意味する。

具体的には、バネ装置は、前記第１圧縮バネが収容されて、一方の被対象物に連結される筒状の第１ケースと、前記第２圧縮バネが収容されて、他方の被対象物に連結される筒状の第２ケースと、一端側が第１ケース内に挿入され、他端側が第２ケース内に挿入されるロッドとを有し、これら第１ケースおよび第２ケースが、前記ロッドの軸方向に往復移動可能に構成されている。前記第１ケースおよび第２ケースの一方の端壁には、前記ロッドの挿入を許すロッド孔が設けられている。前記第１圧縮バネは、前記第１ケースの前記ロッド孔を有する端壁の内面と、前記ロッドの一端部との間に圧縮状態で組み付けられており、前記第２圧縮バネは、前記第２ケースの前記ロッド孔を有する端壁の内面と、前記ロッドの他端部との間に圧縮状態で組み付けられている。そして、前記第１および第２圧縮バネが、前記第１および第２ケースの端壁と前記ロッドの端部との対向間隔距離が小さくなる方向の変位移動に抗する弾性付勢力を発揮することで、前記被対象物間に引っ張り付勢力を与えるように構成することができる。

前記ロッドの少なくとも一側端部に、前記第１圧縮バネおよび／又は第２圧縮バネの圧縮限界を規制するストッパーを設けることができる。

前記第１ケースおよび第２ケースとは、同一形状に形成することが好ましい。

本発明のバネ装置は、前記第１圧縮バネと前記第２圧縮バネとが直列状に収容される筒状のケースと、該ケースの軸方向の一側端に挿入されて、一方の被対象物に連結される第１ロッドと、該ケースの軸方向の他端側に挿入されて、他方の被対象物に連結される第２ロッドとを有し、これら第１ロッドと第２ロッドとは、前記ケースの軸方向に往復移動可能に構成されている形態を採ることができる。前記ケースの軸方向の両端壁には、第１および第２ロッドの挿入を許すロッド孔が設けられている。前記第１および第２圧縮バネは、前記ケースの前記ロッド孔を有する端壁の内面と、前記ロッドの一端部との間に圧縮状に組み付けられている。そして、前記第１および第２圧縮バネが、前記ケースの端壁と前記第１および第２ロッドの端部との対向間隔距離が小さくなる方向の変位移動に抗する弾性付勢力を発揮することで、前記被対象物間に引っ張り付勢力を与えるように構成することができる。

前記第１ロッドおよび第２ロッドのそれぞれに、前記第１圧縮バネおよび／又は第２圧縮バネの圧縮限界を規制するストッパーを設けることができる。

前記第１ロッドおよび第２ロッドとは同一形状に形成することが好ましい。

また、本発明は、ボールジョイントを介して平行状に配された一対のリンクを備えるリンク機構である。このバネ装置では、これらリンクに引っ張り付勢力を与えることを目的として、両リンクの間に上記のバネ装置が装着されている。

本発明においては、第１圧縮バネと第２圧縮バネという互いに異なるバネ定数を有する二種のバネを直線状に配してバネ装置の付勢要素を構成したので、付勢要素全体のバネ定数としては、これら第１および第２圧縮バネの各々のバネ定数よりも、それを抑えることができる。つまり、第１圧縮バネのバネ定数をｋ１、第２圧縮バネのバネ定数をｋ２とすると、付勢要素の全体としては、（ｋ１・ｋ２）／（ｋ１＋ｋ２）の合成バネ定数ｋ０が得られる。より具体的にはｋ１を６（Ｎ／ｍｍ）、ｋ２を３（Ｎ／ｍｍ）とすると、付勢要素全体としては２（Ｎ／ｍｍ）の合成バネ定数ｋ０が得られる。加えて、バネ定数の小さな圧縮バネが圧縮限界に至ったときには、他方のバネ定数の大きな圧縮バネのみが圧縮されるため、付勢要素のバネ定数が当該他方のバネ定数（ｋ１）と一致することとなり、結果としてバネ定数の増加を図って（ｋ０→ｋ１）、バネ装置は大きな引っ張り付勢力を発揮するものとなる。

したがって、被対象物が適正な間隔距離に保たれているときには、これら被対象物に第１圧縮バネと第２圧縮バネの各々のバネ定数よりも低い合成バネ定数（ｋ０）で付勢要素の引っ張り付勢力が発揮される。被対象物の間隔距離が大きくなり、しかも一方の圧縮バネが圧縮限界に至ったときには、他方のバネ定数の大きな圧縮バネに由来する大きな引っ張り付勢力が発揮される。

しかるに、本発明に係るバネ装置をパラレルリンクのリンク機構に適用した場合には、リンクどうしが適正な間隔距離に保たれている状態においては、両リンクに比較的に小さな引っ張り付勢力を与え、しかもリンクどうしの間隔距離が大きくなると、大きな引っ張り付勢力を与えてボール部からの受部の抜け外れを確実に防ぐことができる。すなわち、リンク機構を構成するリンク（被対象物）が適正な間隔距離に保たれている状態では、これらリンクに第１圧縮バネと第２圧縮バネの各々のバネ定数よりも低い合成バネ定数（ｋ０）で付勢要素の引っ張り付勢力が発揮され、両リンクに作用する引っ張り力を抑えてボールジョイントのボール部に対する受部の押し付け力を抑えることができる。したがって、ボール部または受部が摩耗することを効果的に防止することができる。リンク機構を駆動するモータなどの駆動機構が要する負荷を抑えることができるので、消費電力が不必要に増加することも防止できる。一方、両リンクを離間させる方向へ外力が加わって、リンクどうしの間隔距離が大きくなると、他方のバネ定数の大きな圧縮バネに由来する大きな引っ張り付勢力が発揮されるため、ボール部からの受部の抜け外れを確実に防止できる。

第１圧縮バネが第１ケースのロッド孔を有する端壁の内面とロッドの一端部との間に圧縮状態で組み付けられており、第２圧縮バネが第２ケースのロッド孔を有する端壁の内面とロッドの他端部との間に圧縮状態で組み付けられているバネ装置によれば、ケース内に収容された状態で圧縮バネを伸縮動作させることができるので、圧縮バネがロッドの軸方向から抜け外れるのを防止して、適正な引っ張り付勢力を被対象物に与えることができる。圧縮バネに対する塵埃の付着に由来する動作不良の発生を確実に防ぐことができる点でも優れている。

ロッドの少なくとも一側端部に、第１圧縮バネおよび／又は第２圧縮バネの圧縮限界を規制するストッパーが設けられていると、圧縮バネが過剰に圧縮されて弾性を喪失する、いわゆる降伏点を越える危険性を回避できる。バネ定数の小さな圧縮バネの圧縮限界を確実に規定することができるため、付勢要素が合成バネ定数から大きな圧縮バネのバネ定数に移る移行点の制御が可能となり、バネ装置をより確実に作動させることができる。

第１ケースおよび第２ケースとが同一形状に形成されていると、両ケースを共通部品化して、バネ装置の製造コストの低減化を図ることができる。

第１および第２圧縮バネが、ケースのロッド孔を有する端壁の内面とロッドの一端部との間に圧縮状に組み付けられているバネ装置によれば、ケース内に収容された状態で圧縮バネを伸縮動作させることができるので、圧縮バネがロッドの軸方向から抜け外れるのを防止して、常に適正な引っ張り付勢力を被対象物に与えることができる。圧縮バネに対する塵埃の付着に由来する動作不良の発生を確実に防ぐことができる点でも優れている。

第１ロッドおよび第２ロッドのそれぞれに、第１圧縮バネおよび／又は第２圧縮バネの圧縮限界を規制するストッパーが設けられていると、圧縮バネが過剰に圧縮されて弾性を喪失する、いわゆる降伏点を越える危険性を回避できる。バネ定数の小さな圧縮バネの圧縮限界を確実に規定することができるため、付勢要素が合成バネ定数から大きな圧縮バネのバネ定数に移る移行点の制御が可能となり、バネ装置をより確実に作動させることができる。

第１ロッドと第２ロッドとが同一形状に形成されていると、両ロッドを共通部品化して、バネ装置の製造コストの低減化を図ることができる。

（第１実施形態） 図１ないし図６に、本発明に係るバネ装置およびリンク機構を産業用ロボットのパラレルメカニズムに適用した第１実施形態を示す。このパラレルメカニズム１は、図３および図４に示すように、天井やレール等に吊下げ支持されるベース２と、ベース２に連結された三本のアーム６と、各アーム６の遊端に連結されたリンク機構３と、これらリンク機構３の下端に支持された操作部４とを有する。操作部４には、ワークに対する把持要素となるハンド部などが装着される。各アーム６は、ベース２に設けられた駆動モータ５によってそれぞれ独立して駆動される。ベース２には、ユニバーサルジョイントを介して回転軸８が伸びており、この回転軸８によりハンド部は回転操作される。

各リンク機構３は、平行状に配置された一対のリンク７・７を備え、これらリンク７・７は、上端部と下端部とに配された計四組のボールジョイント９により連結されている。図１において符号１０は、上端および下端のボールジョイント９・９どうしを繋ぐジョイント部材を示す。上端側のジョイント部材１０はアーム６の遊端に設けられ、下端側のジョイント部材１０は操作部４に設けられる。

図１に示すように、各ボールジョイント９は、ジョイント部材１０の端部に設けた球状のボール部１１と、リンク７の端部に形成されたカップ状の受部１２とで構成される。受部１２の凹面１２ａは、両リンク７・７において向かい合う内面側に形成されており、正常状態においてボール部１１の約半分が受部１２を受け止められる。

各ジョイント部材１０よりもリンク７・７の長さ方向の中央寄りに、両リンク７・７に引っ張り付勢力を与えるバネ装置１５が装着される。図２および図５に示すように、各バネ装置１５は、第１および第２ケース１６・１７と、第１および第２圧縮バネ１９・２０と、両ケース１６・１７の間に配された１本のロッド２１などで構成される。詳しくは、各バネ装置１５は、左側のリンク７に対して軸３６Ｌまわりに揺動可能に連結された第１ケース１６と、右側のリンク７に対して軸３６Ｒまわりに揺動可能に連結された第２ケース１７と、第１ケース１６の内部に収容された第１圧縮バネ１９と、第２ケース１７の内部に収容された第２圧縮バネ２０と、一端側が第１ケース１６内に挿入され、他端側が第２ケース１７内に挿入されるロッド２１などで構成される。図２および図５に示すように、第１ケース１６および第２ケース１７は、左右内方側に開口部を有する有底円筒状を呈しており、これらケース１６・１７の開口部には、ロッド２１の挿入を許すロッド孔２３ａ・２４ａを備える円盤状の封口部材２３・２４がビス２５により固定されている。この封口部材２３・２４によりケース１６・１７の端壁が構成される。両圧縮バネ１９・２０は、圧縮コイルスプリングであり、図２に示すような組み付け状態において、ロッド２１に外嵌状に装着される。

ロッド２１は、横長のロッド本体２２と、ロッド本体２２の左右端部にビス２６により締結固定されるエンド金具２７・２８とで構成される。エンド金具２７・２８の端部にはフランジ部２７ａ・２８ａが設けられており、組み付け状態において、第１圧縮バネ１９は、エンド金具２７のフランジ部２７ａと、第１ケース１６の端壁（封口部材２３）の内面との間に圧縮状態で保持される。第２圧縮バネ２０は、エンド金具２８のフランジ部２８ａと第２ケース１７の端壁（封口部材）２４の内面との間に圧縮状態で保持される。

エンド金具２７・２８のロッド本体２２との連結部分の外周面のそれぞれには、圧縮バネ１９・２０の圧縮限界を規制するリング状のストッパー３１・３１が張り出し形成されている。ストッパー３１・３１の外径寸法は、封口部材２３・２４のロッド孔２３ａ・２４ａの内径寸法よりも大きく設定されている。しかるに、リンク７・７どうしの対向間隔距離が大きくなって、圧縮バネ１９・２０が圧縮操作されたとき、ストッパー３１・３１が封口部材２３・２４の内面に先当りすることで、圧縮バネ１９・２０の圧縮限界が規制される。

図５に示すように、封口部材２３・２４のロッド孔２３ａ・２４ａの内周面には、小径のリング３２が装着されている。また、エンド金具２７・２８のフランジ２７ａ・２８ａの外周面には、大径のリング３３が装着されている。これらリング３２がロッド本体２２の外周面に接触するとともに、リング３３がケース１６・１７の筒壁内面に接触することで、ロッド２１に対する往復移動時におけるケース１６・１７のがたつきを防止できる。また、ロッド孔２３ａ・２４ａの内周面にリング３２を装着してあると、ケース１６・１７内への塵埃進入効果も期待できる。これらリング３２・３３はシリコンゴムなどの弾性素材からなる。

第１ケース１６の底壁１６ａには、雄ネジ部３４が外向きに突設されており、雄ネジ部３４をブラケット３５Ｌに設けた貫通孔３５ａに挿通したうえで、雄ネジ部３４にナット３９を締め込むことで、第１ケース１６の外側面にブラケット３５Ｌが固定されている。同様の手順により、第２ケース１７の外側面にブラケット３５Ｒが固定されている。

第１ケース１６と第２ケース１７、或いは封口部材２３・２４は同一形状に形成されており、共通部品化されている。また、ロッド２１のエンド金具２７・２８も同一形状に形成されていて、共通部品化されている。このように各種部品を共通部品化することで、部品管理の手間が軽減され、バネ装置１５の全体コストの低減化に貢献できる。

そのうえで、本実施形態においては、互いにバネ定数の異なる圧縮バネ１９・２０を採用した点が着目される。すなわち、両圧縮バネ１９・２０は、線材径が異なる、或いは巻数の異なるものであり、要はバネ定数の異なるものとしている。この第１実施形態では、第１圧縮バネ１９のバネ定数（ｋ１）を第２圧縮バネ２０のバネ定数（ｋ２）よりも大きくした。

以上のような構成からなるバネ装置１５においては、第１圧縮バネ１９が、ロッド２１のエンド金具２７のフランジ部２７ａの内面と第１ケース１６の端壁（封口部材２３）との間を押し広げるように付勢し、また、第２圧縮バネ２０が、ロッド２１のエンド金具２２８のフランジ部２８ａの内面と第２ケース１７の端壁（封口部材２４）１７ａとの間を押し広げるように付勢する。つまり、ケース１６・１７内への組み付け状態において、第１圧縮バネ１９が、第１ケース１６の端壁（封口部材２３）とロッド２１のエンド金具７のフランジ部２７ａとの対向間隔距離が小さくなる方向の変位移動に抗する弾性付勢力を発揮し、第２圧縮バネ２０が、第２ケース１７の端壁（封口部材２４）とロッド２１のエンド金具２８のフランジ部２８ａとの対向間隔距離が小さくなる方向の変位移動に抗する弾性付勢力を発揮する。以上のような第１・第２圧縮バネ１９・２０の弾性付勢力により、リンク７・７の間に組み付けられたバネ装置１５は、両リンク７・７の間隔距離が小さくなる方向に引っ張り付勢力を発揮し、これにより、ボールジョイント９の受部１２をボール部１１に押し付けて、該ボール部１１から受部１２が抜け外れることを防いでいる。以上より、各リンク機構３を構成する両リンク７・７は、ジョイント部材１０を介して互いに平行となる状態に維持され、また、ボールジョイント９を支点に上下方向および横方向への複合的な揺動が可能になる。

以上のような組み付け状態から、外力が加わり、リンク７・７どうしの間隔距離が押し広げられると、圧縮バネ１９・２０はさらに圧縮されていく。このときの圧縮バネ１９・２０の縮み代は、バネ定数の大きな第１圧縮バネ１９が小さく、バネ定数の小さな第２圧縮バネ２０では大きい。したがって、第２ケース１７の端壁（封口部材２４）がエンド金具２８のストッパー３１に先当りし、第１圧縮バネ１９に先立って、第２圧縮バネ２０は圧縮限界に至る。このように第２圧縮バネ２０が圧縮限界に至ったのちに、さらにリンク７・７に外力が加わって両者７・７間の間隔距離が大きくなると、第１圧縮バネ１９のみが圧縮されていく。なお、この第１圧縮バネ１９の圧縮限界もロッド２１のストッパー３１で規制される

次に、リンク７・７の間隔距離の変化に応じたバネ装置１５のバネ定数の変化、換言すればバネ装置１５の引っ張り付勢力の変化について、図６を使って説明する。図６において、Ｘ０はリンク７・７間へバネ装置１５の取り付け時（初期状態）における付勢要素の圧縮量（変位量）を示す。つまり、リンク７・７間にバネ装置１５を装着した初期状態において、Ｘ０だけバネ１９・２０は圧縮されており、このときバネ装置１５はＦ０の引っ張り付勢力を発揮する。このときの第１圧縮バネ１９と第２圧縮バネ２０とで構成される付勢要素全体の合成バネ定数（ｋ０）は、圧縮バネ１９・２０個別のバネ定数（ｋ１・ｋ２）よりも小さなものとなる。すなわち、直列状に配置された二本の圧縮バネの合成バネ定数（ｋ０）は、（ｋ１・ｋ２）／（ｋ１＋ｋ２）で表されるため、例えば、第１圧縮バネ１９のバネ定数を６（Ｎ／ｍｍ）、第２圧縮バネ２０のバネ定数を３（Ｎ／ｍｍ）とすると、バネ装置１５の全体としては、２（Ｎ／ｍｍ）の合成バネ定数（ｋ０）が得られる。

したがって、以上のような初期状態においては、バネ装置１５の付勢要素は、個々の圧縮バネ１９・２０のバネ定数（ｋ１・ｋ２）よりも小さな合成バネ定数（ｋ０）を有しており、当該小さな合成バネ定数（ｋ０）に由来する小さな引っ張り付勢力をリンク７・７間に与える。これにて、両リンク７・７に作用する引っ張り力を抑えてボールジョイント９のボール部１１に対する受部１２の押し付け力を抑えることができるので、ボール部１１または受部１２が摩耗することを効果的に防止することができる。また、リンク機構３を駆動するモータ５などの駆動機構が要する負荷を抑えることができるので、消費電力の不必要な増加を防止できる利点もある。また、以上のような合成バネ定数（ｋ０）に由来する小さな引っ張り付勢力は、端壁（封口部材）２４がストッパー３１に接触して、第２圧縮バネ２０が圧縮限界に至るまで持続される（図６のＸ１）。なお、図６においてＸ１は、第２圧縮バネ２０が圧縮限界に至ったときの付勢要素全体の変位量を示している。

この状態からさらにリンク７・７に外力が加わって、両者７・７間の間隔距離が大きくなると、第１圧縮バネ１９のみが圧縮されていく。この状態では、第１圧縮バネ１９の大きなバネ定数（ｋ１）に由来する大きな引っ張り付勢力が発揮される。図６において変位量Ｘ２は、ボール部１１から受部１２が外れるときの変位量を示している。このとき、バネ定数がｋ０の場合（図６において破線で示す）には、Ｆ１の外力でボール部１１から受部１２が抜け外れてしまうのに対して、バネ定数がｋ１の場合には、Ｆ２の外力が作用するまでボール部１１から受部１２が抜け外れることがない。これにて、ボール部１１からの受部１２の抜け外れを確実に防止できる。

以上のように、本実施形態に係るバネ装置１５によれば、通常の使用状態においては弱い引っ張り付勢力を発揮し、リンク７・７の間隔距離が大きくなると、大きな引っ張り付勢力を発揮する。したがって、このバネ装置１５によれば、通常の使用状態におけるボール部１１や受部１２等の摩耗防止と、ボール部１１からの受部１２の抜け外れの防止という相反する課題を同時に解決することができる。

（第２実施形態） 図７ないし図９は、本発明に係るバネ装置およびリンク機構を産業用ロボットのパラレルメカニズムに適用した第２実施形態を示す。第２実施形態のバネ装置１５は、図７および図８に示すように、第１圧縮バネ１９と第２圧縮バネ２０とが直列状に収容される筒状のケース４０と、該ケース４０の左端から挿入されて、左側のリンク７にブラケット３５Ｌを介して連結される第１ロッド４１と、該ケース４０の右端から挿入されて、右側のリンク７にブラケット３５Ｒを介して連結される第２ロッド４２とを有する。これら第１ロッド４１と第２ロッド４２とは、ケース４０の軸方向に往復移動可能に構成されている。図９に示すように、ケース４０の左端には、第１ロッド４１の挿入を許すロッド孔４３ａを有する封口部材４３がビス４６により固定されており、ケース４０の右端には、第２ロッド４２の挿入を許すロッド孔４４ａを有する端壁４４がビス４６により固定されている。

図９に示すように、第１ロッド４１は、円柱形のロッド本体４１ａと、ロッド本体４１ａの一端側に張り出し形成されたフランジ部４１ｂとを有し、他端側にボルト５０用のねじ穴４１ｃが形成されている。ロッド本体４１ａの軸方向の中央部には、対向するケース４０の端壁（封口部材４３）の内面に接触して、第１圧縮バネ１９の圧縮限界を規制するためのストッパー４１ｄが張り出し形成されている。第２ロッド４２は第１ロッド４１と同形状であり、ロッド本体４２ａ、フランジ部４２ｂ、ねじ穴４２ｃおよびストッパー４２ｄを備えている。圧縮バネ１９・２０をロッド本体４１ａ・４２ａに外嵌状に装着したうえで、ブラケット３５Ｌ・３５Ｒの貫通孔３５ａとロッド孔４３ａ・４４ａとを介して、外方向からボルト５０をケース４０内に挿入し、ボルト５０の雄ねじ部５０ａをねじ穴４１ｃ・４２ｃに螺合させることにより、ブラケット３５Ｌ・３５Ｒとロッド４１・４２とは連結されている。その他の構成は先の第１実施形態と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

以上のような構成を有するバネ装置１５は、先の第１実施形態に係るバネ装置１５と同様の作用効果を奏する。すなわち、第１および第２圧縮バネ１９・２０が、ケース４０の端壁（封口部材４３・４４）と第１および第２ロッド（４１・４２）の端部（フランジ部４１ｂ・４２ｂ）との対向間隔距離が小さくなる方向の変位移動に抗する弾性付勢力を発揮することで、リンク７・７間に引っ張り付勢力を与える。

したがって、リンク機構３の通常の稼動状態では、バネ装置１５は合成バネ定数（ｋ０）に由来する小さな引っ張り付勢力で両リンク７・７を付勢するため、各ボールジョイント９の受部１２にボール部１１が適正な力で押し付けられ、ボール部１１または受部１２が摩耗することを効果的に防ぐことができる。第２圧縮バネ２０が圧縮限界に至ったのちは、第１圧縮バネ１９の大きな引っ張り力で両リンク７・７を引っ張るために、両リンク７・７が離間方向に大きく変位することを抑えて、各ボールジョイント９のボール部１１から受部１２が抜け外れることを確実に防止できる。

本発明の第１実施形態に係るバネ装置およびリンク機構の要部を示す縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 本発明を適用したパラレルメカニズムの上面図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 第１実施形態のバネ装置の分解図である。 第１実施形態のバネ装置の付勢力を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係るバネ装置およびリンク機構の要部を示す縦断面図である。 図７のＣ−Ｃ線断面図である。 第２実施形態のバネ装置の分解図である。

符号の説明

３ リンク機構
７ リンク
９ ボールジョイント
１５ バネ装置
１６ 第１ケース
１７ 第２ケース
１９ 第１圧縮バネ
２０ 第２圧縮バネ
２１ ロッド
２３ 第１ケースの端壁（封口部材）
２３ａ ロッド孔
２４ 第２ケースの端壁（封口部材）
２４ａ ロッド孔
３１ ストッパー
４０ ケース
４１ 第１ロッド
４２ 第２ロッド
４３ ケースの端壁（封口部材）
４３ａ ロッド孔
４４ ケースの端壁（封口部材）
４４ａ ロッド孔

Claims (8)

1. 二つの被対象物間に配されて、これら被対象物に引っ張り付勢力を与えるバネ装置であって、
   第１圧縮バネと、該第１圧縮バネと直列状に配された第２圧縮バネとを付勢要素とし、
   これら第１圧縮バネのバネ定数と第２圧縮バネのバネ定数とが、互いに異なるものであることを特徴とするバネ装置。
2. 前記第１圧縮バネが収容されて、一方の被対象物に連結される筒状の第１ケースと、前記第２圧縮バネが収容されて、他方の被対象物に連結される筒状の第２ケースと、一端側が第１ケース内に挿入され、他端側が第２ケース内に挿入されるロッドとを有し、これら第１ケースおよび第２ケースが、前記ロッドの軸方向に往復移動可能に構成されており、
   前記第１ケースおよび第２ケースの一方の端壁には、前記ロッドの挿入を許すロッド孔が設けられており
   前記第１圧縮バネは、前記第１ケースの前記ロッド孔を有する端壁の内面と、前記ロッドの一端部との間に圧縮状態で組み付けられており、
   前記第２圧縮バネは、前記第２ケースの前記ロッド孔を有する端壁の内面と、前記ロッドの他端部との間に圧縮状態で組み付けられており、
   前記第１および第２圧縮バネが、前記第１および第２ケースの端壁と前記ロッドの端部との対向間隔距離が小さくなる方向の変位移動に抗する弾性付勢力を発揮することで、前記被対象物間に引っ張り付勢力を与えるように構成されている請求項１記載のバネ装置。
3. 前記ロッドの少なくとも一側端部に、前記第１圧縮バネおよび／又は第２圧縮バネの圧縮限界を規制するストッパーが設けられている請求項２記載のバネ装置。
4. 前記第１ケースおよび第２ケースとが同一形状に形成されている請求項２又は３記載のバネ装置。
5. 前記第１圧縮バネと前記第２圧縮バネとが直列状に収容される筒状のケースと、該ケースの軸方向の一側端に挿入されて、一方の被対象物に連結される第１ロッドと、該ケースの軸方向の他端側に挿入されて、他方の被対象物に連結される第２ロッドとを有し、これら第１ロッドと第２ロッドとは、前記ケースの軸方向に往復移動可能に構成されており、
   前記ケースの軸方向の両端壁には、第１および第２ロッドの挿入を許すロッド孔が設けられており、
   前記第１および第２圧縮バネは、前記ケースの前記ロッド孔を有する端壁の内面と、前記ロッドの一端部との間に圧縮状に組み付けられており、
   前記第１および第２圧縮バネが、前記ケースの端壁と前記第１および第２ロッドの端部との対向間隔距離が小さくなる方向の変位移動に抗する弾性付勢力を発揮することで、前記被対象物間に引っ張り付勢力を与えるように構成されている請求項１記載のバネ装置。
6. 前記第１ロッドおよび第２ロッドのそれぞれに、前記第１圧縮バネおよび／又は第２圧縮バネの圧縮限界を規制するストッパーが設けられている請求項５記載のバネ装置。
7. 前記第１ロッドおよび第２ロッドとが同一形状に形成されている請求項５記載のバネ装置。
8. ボールジョイントを介して平行状に配された一対のリンクを備え、
   これらリンクに引っ張り付勢力を与えることを目的として、両リンクの間に請求項１ないし７のいずれかに記載のバネ装置が装着されていることを特徴とするリンク機構。

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