JP2010053972A

JP2010053972A - 回転駆動装置、および多関節アーム装置

Info

Publication number: JP2010053972A
Application number: JP2008220306A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Hirose; 茂男廣瀬; Kazuhiro Motomura; 和寛本村; Masaomi Umesawa; 正臣楳澤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2010-03-11
Anticipated expiration: 2028-08-28
Also published as: JP5108684B2

Abstract

【課題】小型化および軽量化を図ることができ、流体圧の有効利用を通して効率を高め得る回転駆動装置を提供する。
【解決手段】回転駆動装置２００は、同軸上で相対的に回転自在に連結した第１と第２のシリンダチューブ２１０、２２０と、その内部に直動および回転自在に収容されるシャフト部材２７０と、を有している。シャフト部材のカム溝２７１には、第１と第２のシリンダチューブのそれぞれに設けた第１と第２のピン部材２８０、２９０が摺動自在に係合する。シャフト部材は、流体圧によって作動する中実円筒形状を備えるピストン２４０に押されて往動し、流体圧によって作動する中実円筒形状を備える復動用ピストン３２０に押されて復動する。シャフト部材が直動および回転することによって、カム溝に係合する第１と第２のピン部材を介して、出力軸としての第１と第２のシリンダチューブが同軸（軸２３６）上で相対的に回転する。
【選択図】図５Ａ

Description

本発明は、回転駆動装置、および多関節アーム装置に関するものである。

多関節アーム装置においてアーム同士を相対的に回転駆動するために、回転駆動装置を用いている。従来、流体圧によって駆動されるピストンの直動運動をラックアンドピニオン機構によって回転運動に変換して出力する回転駆動装置、出力軸に取り付けたベーンに流体圧をかけて駆動する回転駆動装置が知られている。また、流体圧によって駆動されるピストンの直動運動をネジの原理によって回転運動に変換して出力する回転駆動装置も知られている（特許文献１を参照）。

特許文献１に記載された回転駆動装置にあっては、ドーナツ状の圧力室に、中空円筒形状を有するピストンを収容している。圧力室に供給された流体圧に漏れをシールするために、ピストンの円筒外周面および円筒内周面の両方に、Ｏリングなどのシール部材を取り付けている。
特開２００２−８１４１２

流体圧によって駆動されるピストンを備える回転駆動装置において、回転駆動装置の出力トルクは、シリンダ推力に依存する。シリンダ推力は、流体圧を受けるピストンの断面積に依存する。

特許文献１に記載された回転駆動装置にあっては、ピストンが中空円筒形状を有するので、流体圧を受ける作用面の面積が比較的小さい。このため、回転駆動装置の出力トルクを大きくするためには、ピストンの外径寸法を大きくしなければならず、回転駆動装置の全体が大型化し、重量も増加するという問題がある。

また、シール部材をピストンの円筒外周面および円筒内周面の両方に取り付けなければならず、シール箇所が比較的長くなり、ピストンの摺動抵抗が比較的大きい。このため、流体圧の有効的な利用が阻害され、回転駆動装置の効率が低下するという問題がある。

本発明の目的は、小型化および軽量化を図ることができ、流体圧の有効利用を通して効率を高め得る回転駆動装置を提供することにある。また、この回転駆動装置を介して対をなすアームを連結することによって構成され、小型化および軽量化を図ることができ、流体圧の有効利用を通して効率を高め得る多関節アーム装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明に係る回転駆動装置は、中空形状を備え出力軸としての第１と第２のシリンダチューブと、前記第１のシリンダチューブおよび前記第２のシリンダチューブを同軸上で相対的に回転自在に連結する連結部材と、前記第１のシリンダチューブ内に収容され前記第１のシリンダチューブの内周面に対して摺動する中実円筒形状を備えるピストンと、前記第１のシリンダチューブと前記ピストンとの間に区画形成され、前記ピストンを前記第１のシリンダチューブから前記第２のシリンダチューブに向かう方向に往動させるための流体圧を供給する圧力室と、前記ピストンの外周面に設けられ前記流体圧の漏れをシールするシール部材と、前記第１と第２のシリンダチューブの軸線方向に移動自在に、かつ、前記第１と第２のシリンダチューブと同軸上で回転自在に、前記第１と第２のシリンダチューブ内に収容されるシャフト部材と、を有している。前記シャフト部材の外周面にはカム溝を形成し、前記第１のシリンダチューブには前記カム溝に摺動自在に係合する第１のピン部材を設け、前記第２のシリンダチューブには前記カム溝に摺動自在に係合する第２のピン部材を設けている。さらに、前記ピストンおよび前記シャフト部材を前記第２のシリンダチューブから前記第１のシリンダチューブに向かう方向に復動させる復動手段を有している。そして、前記シャフト部材を前記ピストンによって往動させ、前記復動手段によって復動させることによって、前記カム溝に係合する第１と第２のピン部材を介して、出力軸としての前記第１と第２のシリンダチューブを同軸上で相対的に回転させている。

上記目的を達成する本発明に係る多関節アーム装置は、上記の回転駆動装置における前記第１のシリンダチューブに連結される第１のアームと、前記第２のシリンダチューブに連結される第２のアームとを有し、前記回転駆動装置を介して対をなすアームを連結することによって構成されている。

本発明によれば、小型化および軽量化を図ることができ、さらには、流体圧の有効利用を通して効率を高め得る回転駆動装置を提供することができる。

また、回転駆動装置を介して対をなすアームを連結することによって構成され、小型化および軽量化を図ることができ、流体圧の有効利用を通して効率を高め得る多関節アーム装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、実施形態に係る多関節アーム装置２０を適用した、アーム型の助力装置１００を示す概略構成図、図２は、図１に示される多関節アーム装置２０を拡げた状態で示す図、図３は、図１に示される多関節アーム装置２０を閉じた状態で示す図である。図４は、回転駆動装置２００を示す正面図、図５Ａは、回転駆動装置２００の内部構造を示す断面図、図５Ｂは、図５ＡにおけるＡ部を拡大して示す図である。図６は、回転駆動装置２００のシャフト部材２７０を示す斜視図、図７は、第１のピン部材２８０および第２のピン部材２９０が、シャフト部材２７０のカム溝２７１に係合している状態を示す斜視図である。

図１を参照して、車体１０１の組み立てラインでは、搬送装置１０２によって搬送されてくる車体１０１に、ワーク１０３としての車体構成部品を組み付けている。車体１０１の組み立てラインには、アーム型の助力装置１００を設置している。助力装置１００に設けたハンド２１によって比較的重いワーク１０３を保持しながら作業点まで移動し、作業者の負荷を軽減している。助力装置１００には、多関節アーム装置２０を組み込んでいる。図２および図３にも示すように、多関節アーム装置２０は、複数個（図示例では４個）の関節駆動装置１０を有している。多関節アーム装置２０は、回転駆動装置２００を介して、対をなす関節駆動装置１０（第１と第２のアームに相当する）を相対的に回転自在に連結して構成している。なお、説明の便宜上、４個の関節駆動装置１０を、ベース１０４に取り付けた基端側からハンド２１を取り付けた先端側に向けて順に、第１の関節駆動装置１０、第２の関節駆動装置１０、第３の関節駆動装置１０、および第４の関節駆動装置１０という。

関節駆動装置１０のそれぞれは、対をなす第１と第２のフレーム３１、３２と、第１と第２のフレーム３１、３２を接続するとともに揺動自在なアーム部材４０とを有し、第２のフレーム３２を第１のフレーム３１に対して鉛直面に関して円運動自在に構成している。関節駆動装置１０のそれぞれは、さらに、アーム部材４０を揺動させるアクチュエータ（図示省略する）と、第１と第２のフレーム３１、３２を接続するとともに揺動自在な平行アーム部材６０と、を有している。第１のフレーム３１、第２のフレーム３２、アーム部材４０、および平行アーム部材６０によって、平行リンクを構成する。アクチュエータによって第１のフレーム３１に対してアーム部材４０を揺動させることによって、第２のフレーム３２は、第１のフレーム３１に対して鉛直方向に移動する。一の関節駆動装置１０における第１のフレーム３１と、他の関節駆動装置１０における第２のフレーム３２とが回転自在に連結している。作業者がワーク１０３を作業点に向けて移動すると、第１〜第４の関節駆動装置１０のそれぞれは、重量をバランスするために、ワーク１０３の高さに合わせて作動する。図１には、実線および二点鎖線によって、第１〜第４の関節駆動装置１０が２つの形態に作動した状態を示している。実線によって示される形態は、第１と第２の関節駆動装置１０のそれぞれにおける第１と第２のフレーム３１、３２がほぼ水平位置にあり、第３と第４の関節駆動装置１０のそれぞれにおける第２のフレーム３２が第１のフレーム３１に対して鉛直上方向に移動している。一方、二点鎖線によって示される形態は、第１と第２の関節駆動装置１０のそれぞれにおける第２のフレーム３２が第１のフレーム３１に対して鉛直上方向に移動し、第３と第４の関節駆動装置１０のそれぞれにおける第１と第２のフレーム３１、３２がほぼ水平位置にある。関節駆動装置１０の作動は、圧縮したエアや作動油などの圧縮流体の流体圧を用いている。関節駆動装置１０のそれぞれには、空圧機器１１０を介して圧縮流体が供給される。空圧機器１１０は、コンプレッサ１１１に接続してある。また、空圧機器１１０は、コントローラ１２０に接続してある（図１を参照）。コントローラ１２０は、ＣＰＵやメモリを主体に構成しており、空圧機器１１０のオンオフ制御や、流体圧の調整などを行う。コントローラ１２０は、重量をバランスするために、第１〜第４の関節駆動装置１０のそれぞれに供給すべき流体圧などを算出し、第１〜第４の関節駆動装置１０のそれぞれに流体圧を供給する。

図２を参照して、回転駆動装置２００は、出力軸としての第１と第２のシリンダチューブ２１０、２２０と、第１と第２のシリンダチューブ２１０、２２０を回転自在に連結する回転ジョイント２３０（連結部材に相当する）とを有している。回転駆動装置２００における第１のシリンダチューブ２１０に一の関節駆動装置１０を連結し、第２のシリンダチューブ２２０に他の関節駆動装置１０を連結している。回転駆動装置２００は、関節駆動装置１０同士を連結した連結面に対して直交する鉛直軸２３６（図２を参照）の回りに関節駆動装置１０のそれぞれを回転自在に保持している。作業者がワーク１０３を作業点に向けて移動すると、第１〜第４の関節駆動装置１０のそれぞれは、回転駆動装置２００によって、ワーク１０３とベース１０４との平面上での位置に合わせて回転駆動する。回転駆動装置２００の作動も、関節駆動装置１０と同様に、圧縮したエアや作動油などの圧縮流体の流体圧を用いている。回転駆動装置２００のそれぞれには、空圧機器１１０を介して圧縮流体が供給される。コントローラ１２０は、第１〜第４の関節駆動装置１０を相対的に回転させるために、回転駆動装置２００のそれぞれに供給すべき流体圧などを算出し、回転駆動装置２００のそれぞれに流体圧を供給する。

多関節アーム装置２０は、回転駆動装置２００を介して４個の関節駆動装置１０を拡げると、図２に示す状態となる。一方、多関節アーム装置２０は、回転駆動装置２００を介して４個の関節駆動装置１０を閉じると、図３に示す状態となる。閉じた状態では、多関節アーム装置２０は、４個の関節駆動装置１０を積み重ねたような姿勢を取る。

多関節アーム装置２０は、リーチつまり作業点までの到達距離を長くとれることができ（図２を参照）、使わないときには小さくできる（図３を参照）。さらに、多関節であることから、ワーク１０３を移動するときの姿勢を複数とることができる（図１を参照）。このため、周辺設備と干渉することなくワーク１０３を作業点に到達させることができる。また、使用する環境が変化し、ワーク１０３を移動した後の姿勢が異なっても、改造等を行う必要がなく、コストの増加を抑えることができる。

図４および図５Ａを参照して、回転駆動装置２００は、概説すれば、中空形状を備え出力軸としての第１と第２のシリンダチューブ２１０、２２０と、第１のシリンダチューブ２１０および第２のシリンダチューブ２２０を同軸上で相対的に回転自在に連結する回転ジョイント２３０と、第１のシリンダチューブ２１０内に収容され第１のシリンダチューブ２１０の内周面に対して摺動する中実円筒形状を備えるピストン２４０と、第１のシリンダチューブ２１０とピストン２４０との間に区画形成され、ピストン２４０を第１のシリンダチューブ２１０から第２のシリンダチューブ２２０に向かう方向に往動させるための流体圧を供給する圧力室２５０と、ピストン２４０の摺動面に設けられ流体圧の漏れをシールするシール部材２６０と、第１と第２のシリンダチューブ２１０、２２０の軸線方向に移動自在に、かつ、第１と第２のシリンダチューブ２１０、２２０と同軸上で回転自在に、第１と第２のシリンダチューブ２１０、２２０内に収容されるシャフト部材２７０と、を有している。回転駆動装置２００は、第１と第２のシリンダチューブ２１０、２２０とシャフト部材２７０との係合機構として、シャフト部材２７０の外周面２７０ａに形成されたカム溝２７１と、第１のシリンダチューブ２１０に設けられカム溝２７１に摺動自在に係合する第１のピン部材２８０と、第２のシリンダチューブ２２０に設けられカム溝２７１に摺動自在に係合する第２のピン部材２９０と、を有している。回転駆動装置２００はさらに、ピストン２４０およびシャフト部材２７０を第２のシリンダチューブ２２０から第１のシリンダチューブ２１０に向かう方向に復動させる復動手段３００を有している。そして、シャフト部材２７０をピストン２４０によって往動させ、復動手段３００によって復動させることによって、カム溝２７１に係合する第１と第２のピン部材２８０、２９０を介して、第１と第２のシリンダチューブ２１０、２２０を同軸上で相対的に回転させている。以下、詳述する。

第１のシリンダチューブ２１０および第２のシリンダチューブ２２０は、中空の円筒形状を有している。第１のシリンダチューブ２１０のフランジ２１１には、開口２１２を封止する第１の蓋部材２１３をボルト締結している。第２のシリンダチューブ２２０のフランジ２２１には、開口２２２を封止する第２の蓋部材２２３をボルト締結している。第１のシリンダチューブ２１０の開口端部には、第２のシリンダチューブ２２０の開口端部を収容するハウジング２１４を形成してある。

回転ジョイント２３０は、第１のシリンダチューブ２１０のハウジング２１４の内周面２１４ｂと、第２のシリンダチューブ２２０の外周面２２０ａとの間に配置されたベアリング２３１を含んでいる。第１のシリンダチューブ２１０および第２のシリンダチューブ２２０は、ベアリング２３１を介して、同軸（軸２３６）上で相対的に回転自在となる。第１のシリンダチューブ２１０および第２のシリンダチューブ２２０を連結することによって、内部にシリンダ室を形成する。

ピストン２４０は、シリンダ室のうち第１のシリンダチューブ２１０の側に配置している。ピストン２４０は、第１のシリンダチューブ２１０の内周面２１０ｂに対して摺動する中実の円筒形状を備えている。このため、流体圧を受ける作用面２４１の面積は、ピストンを中空の円筒形状に形成する場合に比較して、ピストン外径寸法が同一であるとすると、比較的大きくとることができる。逆に言えば、作用面２４１の面積を同じにするのであれば、ピストンを中空の円筒形状に形成する場合に比較して、ピストン外径寸法を小さくすることができる。その結果、ピストン２４０を収容する第１のシリンダチューブ２１０の外径寸法も小さくできる。

圧力室２５０には、圧縮流体を供給する図示しない給気ポートと、図示しない排気ポートとを設けている。圧力室２５０は、給気ポートおよび配管７５を介して、空圧機器１１０に接続している。図１にも示したように、空圧機器１１０は、コンプレッサ１１１およびコントローラ１２０に接続してある。圧縮流体が有する流体圧によって、ピストン２４０は、第１のシリンダチューブ２１０から第２のシリンダチューブ２２０に向かう方向に往動（図５Ａにおいて左行）する。ピストン２４０の前進限位置を規制するために、第１のシリンダチューブ２１０の内周面２１０ｂには、段差部２１５を設けている。ピストン２４０が段差部２１５に当接することによって、ピストン２４０の前進限位置が定まる。コントローラ１２０は、給気ポートおよび排気ポートの開閉制御、流体圧の調整などを行う。

ピストン２４０用のシール部材２６０は、ピストン２４０の摺動面である外周面のみに設けてある。シール部材２６０は、例えば、金属製あるいは樹脂製のＯリングを用いることができる。ドーナツ状の圧力室に中空円筒形状を有するピストンを収容する場合には、ピストンの摺動面であるピストンの円筒外周面および円筒内周面の両方にシール部材を取り付けなければならない。このため、中空の円筒形状のピストンを使用する場合に比較して、シール箇所を比較的短くでき、その結果、ピストン２４０の摺動抵抗を比較的小さくできる。なお、図中符号２６１は、第１の蓋部材２１３に設けられ、流体圧の漏れをシールするシール部材を示している。このシール部材２６１も、例えば、金属製あるいは樹脂製のＯリングを用いることができる。

シャフト部材２７０は、中空の円筒形状を有し、第１と第２のシリンダチューブ２１０、２２０内のシリンダ室に収容している。シャフト部材２７０は、第１と第２のシリンダチューブ２１０、２２０の内周面２１０ｂ、２２０ｂに対して、第１と第２のシリンダチューブ２１０、２２０の軸線方向および周方向に摺動自在である。

ピストン２４０の背面側の軸線上には、第２のシリンダチューブ２２０に向けて伸びるボス部２４２を一体的に設けている。ボス部２４２の先端には、第２のシリンダチューブ２２０に向けてさらに伸びる延長部２４３を、ボルト締結している。ボス部２４２および延長部２４３を、シャフト部材２７０の中空孔内に挿入している。ピストン２４０のボス部２４２とシャフト部材２７０の内周面２７０ｂとの間にはベアリング２３３を介装し、延長部２４３とシャフト部材２７０の内周面２７０ｂとの間にはベアリング２３４を介装してある。図５Ｂに拡大して示すように、ベアリング２３３は、シャフト部材２７０の内周面２７０ｂから径方向内方に向けて若干突出する係止部２７６ａと、ボス部２４２の外周面から径方向外方に向けて若干突出する係止部２４７ａとの間に保持している。同様に、ベアリング２３４は、シャフト部材２７０の内周面２７０ｂから径方向内方に向けて若干突出する係止部２７６ｂと、延長部２４３の外周面から径方向外方に向けて若干突出する係止部２４７ｂとの間に保持している。ピストン２４０およびシャフト部材２７０は、軸方向に保持されているベアリング２３３、２３４を介して連結している。これにより、ピストン２４０が移動すると、その動きがシャフト部材２７０に伝達され、シャフト部材２７０も一緒に移動する。ピストン２４０および延長部２４３は、第１のシリンダチューブ２１０と一体的に回転する。なお、ピストン２４０とシャフト部材２７０の軸方向端面２７２との間にベアリングをさらに介装し、ピストン２４０によってシャフト部材２７０の軸方向端面２７２を押す構成とすることもできる。但し、本実施形態では、摺動抵抗を減らすために、上記のようなベアリングを介装せずに、ピストン２４０およびシャフト部材２７０をベアリング２３３、２３４を介して連結してある。これらのベアリング２３３、２３４によって、シャフト部材２７０の軸線方向への円滑な移動を確保し、シャフト部材２７０の円滑な回転を確保する。

ピストン２４０には、その軸線上に貫通孔２４４を形成している。第１の蓋部材２１３には、ピストン２４０の軸線上に位置し、第２のシリンダチューブ２２０に向けて圧力室２５０を越えて伸びるロッド２４５を設けている。ロッド２４５は、ピストン２４０の貫通孔２４４に嵌まり込んでいる。シャフト部材２７０がボス部２４２および延長部２４３をベアリング２３３、２３４を介して保持すること、およびロッド２４５が嵌まり込むことによって、ピストン２４０の芯出しを行う。

図６をも参照して、シャフト部材２７０の外周面２７０ａには、複数のカム溝２７１を形成してある。図６においては、カム溝２７１のうち第１のピン部材２８０が係合する第１の領域２７３を下側に示し、第２のピン部材２９０が係合する第２の領域２７４を上側に示してある。図６に明らかに示されるように、第１の領域２７３におけるカム溝２７１の傾斜方向と、第２の領域２７４におけるカム溝２７１の傾斜方向とは、シャフト部材２７０の軸線方向に対して反対にしてある。

第１のシリンダチューブ２１０には、第１のピン部材２８０を取り付けるための複数個の取り付け孔２１６を、周方向に等間隔に形成してある。取り付け孔２１６は、第１のシリンダチューブ２１０の周壁を径方向に貫通し、段付き形状を有している。図７を参照して、第１のピン部材２８０は、カム機構のガイドローラとして一般的な、カムフォロア３１０から構成している。カムフォロア３１０は、内部に組み込まれたニードルベアリングによって、外輪３１１が直接相手面と接触しながら回転運動する。カムフォロア３１０の外輪３１１はシリンダ室に臨み、カムフォロア３１０のシャフト３１２は取り付け孔２１６を挿通して外部に臨んでいる。シャフト３１２にナット３１３を締結することによって、カムフォロア３１０を取り付け孔２１６に取り付ける。第１のピン部材２８０をなすカムフォロア３１０の外輪３１１は、第１の領域２７３のカム溝２７１に摺動自在に係合する。

第２のシリンダチューブ２２０には、第２のピン部材２９０を取り付けるための複数個の取り付け孔２２６を、周方向に等間隔に形成してある。取り付け孔２２６は、第２のシリンダチューブ２２０の周壁を径方向に貫通し、段付き形状を有している。第２のピン部材２９０も、第１のピン部材２８０と同様のカムフォロア３１０から構成している。カムフォロア３１０の外輪３１１はシリンダ室に臨み、カムフォロア３１０のシャフト３１２は取り付け孔２２６を挿通して外部に臨んでいる。シャフト３１２にナット３１３を締結することによって、カムフォロア３１０を取り付け孔２２６に取り付ける。第２のピン部材２９０をなすカムフォロア３１０の外輪３１１は、第２の領域２７４のカム溝２７１に摺動自在に係合する。

本実施形態の復動手段３００は、流体圧を利用して、ピストン２４０およびシャフト部材２７０を復動させている。復動手段３００は、第２のシリンダチューブ２２０内に収容され第２のシリンダチューブ２２０の内周面に対して摺動する円筒形状を備える復動用ピストン３２０と、第２のシリンダチューブ２２０と復動用ピストン３２０との間に区画形成され、復動用ピストン３２０を復動させるための流体圧を供給する復動用圧力室３３０と、を含んでいる。

復動用ピストン３２０は、第２のシリンダチューブ２２０の内周面２２０ｂに対して摺動する中実の円筒形状を備えている。このため、往動用のピストン２４０と同様に、流体圧を受ける作用面３２１の面積は、ピストンを中空の円筒形状に形成する場合に比較して、ピストン外径寸法が同一であるとすると、比較的大きくとることができる。逆に言えば、作用面３２１の面積を同じにするのであれば、ピストンを中空の円筒形状に形成する場合に比較して、ピストン外径寸法を小さくすることができる。その結果、復動用ピストン３２０を収容する第２のシリンダチューブ２２０の外径寸法も小さくできる。

復動用圧力室３３０には、圧縮流体を供給する図示しない給気ポートと、図示しない排気ポートとを設けている。復動用圧力室３３０も、給気ポートおよび配管７５を介して、空圧機器１１０に接続している。圧縮流体が有する流体圧によって、復動用ピストン３２０は、第２のシリンダチューブ２２０から第１のシリンダチューブ２１０に向かう方向に復動（図５Ａにおいて右行）する。復動用ピストン３２０の前進限位置を規制するために、第２のシリンダチューブ２２０の内周面２２０ｂには、段差部２２５を設けている。復動用ピストン３２０が段差部２２５に当接することによって、復動用ピストン３２０の前進限位置が定まる。コントローラ１２０は、給気ポートおよび排気ポートの開閉制御、流体圧の調整などを行う。

復動用圧力室３３０の圧力と圧力室２５０の圧力との大小関係によって、ピストン２４０、シャフト部材２７０、復動用ピストン３２０の移動方向が定まる。圧力室２５０の圧力が復動用圧力室３３０の圧力よりも大きいと、ピストン２４０、シャフト部材２７０、および復動用ピストン３２０は往動し、復動用圧力室３３０の圧力が圧力室２５０の圧力よりも大きいと、ピストン２４０、シャフト部材２７０、および復動用ピストン３２０は復動する。復動用圧力室３３０の圧力と圧力室２５０の圧力とがバランスすると、ピストン２４０、シャフト部材２７０、および復動用ピストン３２０は、その位置において停止する。

復動用ピストン３２０用のシール部材３４０は、復動用ピストン３２０の摺動面である外周面のみに設けてある。このため、往動用のピストン２４０と同様に、中空の円筒形状のピストンを使用する場合に比較して、シール箇所を比較的短くでき、その結果、復動用ピストン３２０の摺動抵抗を比較的小さくできる。なお、図中符号３４１は、第２の蓋部材２２３に設けられ、流体圧の漏れをシールするシール部材を示している。このシール部材も、例えば、金属製あるいは樹脂製のＯリングを用いることができる。

復動用ピストン３２０とシャフト部材２７０の軸方向端面２７５との間にはベアリング２３５を介装してある。このベアリング２３５によって、シャフト部材２７０の円滑な回転を確保する。

復動用ピストン３２０には、その軸線上に止まり孔３２４を形成している。第２の蓋部材２２３には、復動用ピストン３２０の軸線上に位置し、第１のシリンダチューブ２１０に向けて復動用圧力室３３０を越えて伸びるロッド３２５を設けている。ロッド３２５は、復動用ピストン３２０の止まり孔３２４に嵌まり込んでいる。ロッド３２５が嵌まり込むことによって、復動用ピストン３２０の芯出しを行う。

次に、本実施形態の作用を説明する。

圧力室２５０に圧縮流体を供給し、圧力室２５０の圧力を復動用圧力室３３０の圧力よりも大きくすると、ピストン２４０は、流体圧によって直動運動を生成して往動する。ピストン２４０が往動することによって、ベアリング２３３、２３４を介して連結しているシャフト部材２７０も直動運動を生成して往動する。このとき、出力軸である第１のシリンダチューブ２１０に取り付けた第１のピン部材２８０がシャフト部材２７０のカム溝２７１に係合していることから、シャフト部材２７０は回転運動も行う。ピストン２４０および延長部２４３は、第１のシリンダチューブ２１０と一体的に回転する。シャフト部材２７０の往動および回転運動に伴って、もう一方の出力軸である第２のシリンダチューブ２２０に取り付けた第２のピン部材２９０がシャフト部材２７０のカム溝２７１に係合していることから、第２のシリンダチューブ２２０が回転運動を行う。結果として、ピストン２４０の直動のみの運動から、出力軸である第１と第２のシリンダチューブ２１０、２２０の相対回転運動を生成する。復動用ピストン３２０は、往動するシャフト部材２７０によって押されて、往動する。

一方、復動用圧力室３３０に圧縮流体を供給し、復動用圧力室３３０の圧力を圧力室２５０の圧力よりも大きくすると、復動用ピストン３２０は、流体圧によって直動運動を生成して復動する。復動する復動用ピストン３２０によって、シャフト部材２７０の軸方向端面２７５が押され、シャフト部材２７０も直動運動を生成して復動する。このとき、出力軸である第２のシリンダチューブ２２０に取り付けた第２のピン部材２９０がシャフト部材２７０のカム溝２７１に係合していることから、シャフト部材２７０は回転運動も行う。復動用ピストン３２０は、第２のシリンダチューブ２２０と一体的に回転する。シャフト部材２７０の復動および回転運動に伴って、もう一方の出力軸である第１のシリンダチューブ２１０に取り付けた第１のピン部材２８０がシャフト部材２７０のカム溝２７１にしていることから、第１のシリンダチューブ２１０が回転運動を行う。結果として、復動用ピストン３２０の直動のみの運動から、出力軸である第１と第２のシリンダチューブ２１０、２２０の相対回転運動を生成する。シャフト部材２７０が復動することによって、ベアリング２３３、２３４を介して連結しているピストン２４０も復動する。

ここで、ピストン２４０および復動用ピストン３２０は、流体圧を受ける作用面２４１、３２１の面積を比較的大きくとることができる。このため、ピストン２４０を中空の円筒形状に形成する場合に比較して、同じ大きさのシリンダ推力を得るためには、ピストン２４０および復動用ピストン３２０の外径寸法を小さくすることができる。その結果、ピストン２４０を収容する第１のシリンダチューブ２１０の外径寸法、および復動用ピストン３２０を収容する第２のシリンダチューブ２２０の外径寸法を小さくできる。したがって、回転駆動装置２００の全体の小型化を図り、小型化を通して重量の軽量化を図ることができる。

さらに、ピストン２４０用のシール部材２６０および復動用ピストン３２０用のシール部材３４０は、ピストン２４０の摺動面である外周面のみに設けるだけでよい。このため、ドーナツ状の圧力室に中空円筒形状を有するピストンを収容する場合に比較して、シール箇所を比較的短くできる。その結果、ピストン２４０および復動用ピストン３２０の摺動抵抗を比較的小さくできる。したがって、流体圧の有効利用を通して、回転駆動装置２００の効率を高めることができる。

また、シャフト部材２７０が回転運動しても、その軸方向端面２７２はピストン２４０に対して摺動していない。このため、余分な摺動抵抗をできるだけ減らして、流体圧を駆動源として用いる際の効率を高めることができる。

第１の領域２７３におけるカム溝２７１の傾斜方向と、第２の領域２７４におけるカム溝２７１の傾斜方向とを、シャフト部材２７０の軸線方向に対して反対にしてある（図６を参照）。これによって、同じシリンダストロークによって動作範囲を倍にする倍速機構を形成することができる。例えば、第１のシリンダチューブ２１０が軸線を中心にしてプラス９０度回転したときには、第２のシリンダチューブ２２０が軸線を中心にして逆の方向のマイナス９０度回転することになる。したがって、出力角速度を上げることが可能である。

図５Ａに実線矢印または破線矢印によって示すように、第１のシリンダチューブ２１０および第２のシリンダチューブ２２０は、軸２３６の周りに逆方向に回転する。したがって、回転駆動装置２００を介して連結された対をなす関節駆動装置１０、１０（対をなすアームに相当する）は、互いに接近するように回転したり、互いに離反するように回転したりする。

多関節アーム装置２０には、その使用者の側から、リーチつまり作業点までの到達距離を長くとれること、周辺設備と干渉することなく作業点に到達できること、使わないときに小さくできること、などが要求されている。アームを多関節化することによって、上記の項目を達成できる。ただし、そのためには、関節駆動装置１０のみならず回転駆動装置２００の小型化および軽量化を図る必要がある。回転駆動装置２００が大型かつ重いと、多関節化したアームも、強度を高めるためにさらに大型になり、重くなってしまうからである。

本実施形態では、上述したように、回転駆動装置２００の小型化および軽量化を図ることができる。したがって、回転駆動装置２００を介して対をなす関節駆動装置１０、１０を連結することによって構成される多関節アーム装置２０の小型化および軽量化を図ることができる。よって、多関節アーム装置２０に要求されている、リーチを長くとれること、周辺設備と干渉することなく作業点に到達できること、使わないときに小さくできること、などを容易に満足することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されず、適宜改変して実施することができる。例えば、シャフト部材２７０のカム溝２７１の傾斜方向や傾斜角度は、図示例のものに限定されず適宜改変できる。

また、第１と第２のシリンダチューブ２１０、２２０とシャフト部材２７０との係合機構を次のように改変してもよい。つまり、カム溝２７１を、シャフト部材２７０の外周面２７０ａに形成するのに代えて、第１と第２のシリンダチューブ２１０、２２０の内周面２１０ｂ、２２０ｂに形成する。第１のピン部材２８０を、第１のシリンダチューブ２１０に設けるのに代えて、シャフト部材２７０に設ける。また、第２のピン部材２９０を、第２のシリンダチューブ２２０に設けるのに代えて、シャフト部材２７０に設けてもよい。この場合にも、上述した実施形態と同様の作用、効果を奏する。

さらに、第１と第２のピン部材２８０、２９０をなすカムフォロア３１０の本数を増やすことによって、耐トルクを挙げることも可能である。その他の改変例について以下に説明する。

（改変例）
図８は、復動手段３００を改変した回転駆動装置２００の内部構造を示す断面図である。なお、実施形態と共通する部材には同じ符号を付し、その説明は一部省略する。

復動手段３００が流体圧を利用する実施形態について説明したが（図５Ａを参照）、本発明はこの場合に限定されるものではない。復動手段３００は、ピストン２４０およびシャフト部材２７０を復動し得る限りにおいて、適宜の構成を採用することができる。

図８に示す回転駆動装置２００は、復動手段３００が、バネ部材の弾発力を利用している。この復動手段３００は、第２のシリンダチューブ２２０内に収容され、ピストン２４０およびシャフト部材２７０に対して、復動させる方向の弾発力を付勢するバネ部材３５０を含んでいる。バネ部材３５０は、圧縮コイルバネであり、第２の蓋部材２２３に設けたベアリング２３７と、延長部２４３の段差部２４６との間に介装している。バネ部材３５０の弾発力は、延長部２４３およびピストン２４０を介して、圧力室２５０内の流体圧と直接バランスするように働く。

この改変例においても、実施形態と同様に、回転駆動装置２００の全体の小型化を図り、小型化を通して重量の軽量化を図ることができる。また、復動用ピストン３２０用のシール部材３４０が不要となるので、その分だけ摺動抵抗が減少し、回転駆動装置２００の効率をより一層高めることができる。さらには、使用する圧縮流体の削減や、加工コストの削減も図ることができる。

実施形態に係る多関節アーム装置を適用した、アーム型の助力装置を示す概略構成図である。図１に示される多関節アーム装置を拡げた状態で示す図である。図１に示される多関節アーム装置を閉じた状態で示す図である。回転駆動装置を示す正面図である。回転駆動装置の内部構造を示す断面図である。図５ＡにおけるＡ部を拡大して示す図である。回転駆動装置のシャフト部材を示す斜視図である。第１のピン部材および第２のピン部材が、シャフト部材のカム溝に係合している状態を示す斜視図である。復動手段を改変した回転駆動装置の内部構造を示す断面図である。

符号の説明

１０関節駆動装置（第１のアーム、第２のアーム、対をなすアーム）、
２０多関節アーム装置、
２１ハンド、
３１第１のフレーム、
３２第２のフレーム、
４０アーム部材、
６０平行アーム部材、
１００アーム型の助力装置、
１０１車体、
１０２搬送装置、
１０３ワーク、
１１０空圧機器、
１１１コンプレッサ、
１２０コントローラ、
２００回転駆動装置、
２１０第１のシリンダチューブ、
２１０ｂ第１のシリンダチューブの内周面、
２２０第２のシリンダチューブ、
２２０ｂ第２のシリンダチューブの内周面、
２３０回転ジョイント（連結部材）、
２３１〜２３５ベアリング、
２３６第１と第２のシリンダチューブが回転する軸
２４０ピストン、
２４１作用面、
２５０圧力室、
２６０シール部材、
２７０シャフト部材、
２７０ａシャフト部材の外周面、
２７１カム溝、
２７２シャフト部材の軸方向端面、
２７３第１の領域、
２７４第２の領域、
２７５シャフト部材の軸方向端面、
２８０第１のピン部材、
２９０第２のピン部材、
３００復動手段、
３１０カムフォロア（第１のピン部材、第２のピン部材）、
３２０復動用ピストン、
３２１作用面、
３３０復動用圧力室、
３４０シール部材、
３５０バネ部材。

Claims

中空形状を備え出力軸としての第１と第２のシリンダチューブと、
前記第１のシリンダチューブおよび前記第２のシリンダチューブを同軸上で相対的に回転自在に連結する連結部材と、
前記第１のシリンダチューブ内に収容され前記第１のシリンダチューブの内周面に対して摺動する中実円筒形状を備えるピストンと、
前記第１のシリンダチューブと前記ピストンとの間に区画形成され、前記ピストンを前記第１のシリンダチューブから前記第２のシリンダチューブに向かう方向に往動させるための流体圧を供給する圧力室と、
前記ピストンの摺動面に設けられ前記流体圧の漏れをシールするシール部材と、
前記第１と第２のシリンダチューブの軸線方向に移動自在に、かつ、前記第１と第２のシリンダチューブと同軸上で回転自在に、前記第１と第２のシリンダチューブ内に収容されるシャフト部材と、
前記シャフト部材の外周面に形成されたカム溝と、
前記第１のシリンダチューブに設けられ前記カム溝に摺動自在に係合する第１のピン部材と、
前記第２のシリンダチューブに設けられ前記カム溝に摺動自在に係合する第２のピン部材と、
前記ピストンおよび前記シャフト部材を前記第２のシリンダチューブから前記第１のシリンダチューブに向かう方向に復動させる復動手段と、を有し、
前記シャフト部材が前記ピストンによって往動し、前記復動手段によって復動することによって、前記カム溝に係合する第１と第２のピン部材を介して、前記第１と第２のシリンダチューブを同軸上で相対的に回転させてなる回転駆動装置。
前記カム溝のうち、前記第１のピン部材が係合する第１の領域における前記カム溝の傾斜方向と、前記第２のピン部材が係合する第２の領域における前記カム溝の傾斜方向とが、前記シャフト部材の軸線方向に対して反対である請求項１に記載の回転駆動装置。
前記復動手段は、
前記第２のシリンダチューブ内に収容され前記第２のシリンダチューブの内周面に対して摺動する円筒形状を備える復動用ピストンと、
前記第２のシリンダチューブと前記復動用ピストンとの間に区画形成され、前記復動用ピストンを復動させるための流体圧を供給する復動用圧力室と、を含んでいる請求項１または請求項２に記載の回転駆動装置。
前記復動手段は、
前記第２のシリンダチューブ内に収容され、前記ピストンおよび前記シャフト部材に対して、復動させる方向の弾発力を付勢するバネ部材を含んでいる請求項１または請求項２に記載の回転駆動装置。
前記カム溝を、前記シャフト部材の外周面に形成するのに代えて、前記第１と第２のシリンダチューブの内周面に形成し、
前記第１のピン部材を、前記第１のシリンダチューブに設けるのに代えて、前記シャフト部材に設け、
前記第２のピン部材を、前記第２のシリンダチューブに設けるのに代えて、前記シャフト部材に設けてなる請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の回転駆動装置。
請求項１〜５のいずれか１つに記載の回転駆動装置における前記第１のシリンダチューブに連結される第１のアームと、前記第２のシリンダチューブに連結される第２のアームとを有し、前記回転駆動装置を介して対をなすアームを連結することによって構成される多関節アーム装置。