JP2011115906A - ヒンジ型機械的荷重補償機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロボット等のアームのヒンジ部にコンパクトに組み込むことができるとともに、構造が簡単で高い耐久性を有するヒンジ型機械的自重補償機構を提供する。
【解決手段】 ハウジング２に略水平に固定されたヒンジ軸３回りに、アーム８と円筒カム５が一体となって回動自在に設けられ、また、ヒンジ軸３回りの回転が拘束された状態で、円筒カム５のカム面Ｓに案内され、円筒カム５の回動に追従してヒンジ軸に対して軸方向変位が可能カムフォロワ６と、カムフォロワ６をカム面Ｓに常時当接するように付勢する補償ばね７を備えている。カム面Ｓは、補償ばね７の付勢力がカムフォロワ６を介して円筒カム５に生じさせるヒンジ軸３回りの補償トルクと、アーム８に作用する重力によって生じるヒンジ軸３回りの負荷トルクとが、アーム８の角度に依らずに常時釣り合う曲面で形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アームを備えたロボットやマニピュレータ、作業機器等の、アームやこれに保持される部分に作用する重力とバランスさせるためのヒンジ型機械的荷重補償機構に関する。

従来、垂直面内で回動するアームを備えたロボット等の、アームに作用する重力とバランスをとるための機械的自重補償機構としては、例えば、特許文献１に記載されているような、ワイヤとこれに連結された引っ張りコイルばねを用い、アームの傾斜角度に関係なく、アームやこれに保持される部分に作用する重力と前記引っ張りコイルばねのばね力とが常時釣り合うようにしたものが提案されている。

また、垂直面内で回動する物品の自重を補償する機構としては、例えば、特許文献２に記載されているように、洋式便器の便蓋のヒンジピン回りに生じる自重トルクを、便蓋の角度が所定の範囲にあるとき、当該便蓋とともに回転するヒンジピンに装着したトーションコイルスプリングが発生するトルクと、ヒンジピンとともに回転するカム部材をスライダーを介して付勢するコンプレッションスプリングが発生するトルクとの合成トルクとバランスさせる機構が提案されている。

特許第４１４４０２１号公報 特許第２５２４７１７号公報

前述した特許文献１に記載されている機械的自重補償機構は、引っ張りコイルばねやワイヤ等をアームを構成するリンク部分に付設する必要があり、また、その構成部品にワイヤ等の脆弱な部品を含んでいるため、耐久性や信頼性が低い問題があった。

一方、特許文献２に記載されている機構を、ロボット等のアームの回動中心となるヒンジ部に組み込んで、アームの自重補償機構を構成することも考えられるが、同文献に記載されている機構をロボット等のアームに適用した場合、アームの自重トルクを補償可能な角度の範囲が制限されてしまうとともに、その角度範囲においても自重トルクを正確に補償することができず、また、トーションコイルスプリングとコンプレッションスプリングの２種類のばねを必要とするため、構造が複雑になる問題があった。

そこで、本発明は、前述したような従来技術における問題点を解消し、ロボット等のアームのヒンジ部にコンパクトに組み込むことができるとともに、構造が簡単で高い耐久性を有するヒンジ型機械的自重補償機構を提供することを目的とする。

前記目的のために提供される本発明のヒンジ型機械的自重補償機構は、ハウジングと、前記ハウジングに略水平向きに固定されたヒンジ軸と、前記ヒンジ軸回りに軸方向定位置で回動自在に設けられた円筒カムと、前記円筒カムと一体に、前記ヒンジ軸回りに回動可能に設けられたアームと、前記ヒンジ軸回りの回転が拘束された状態で前記円筒カムのカム面に案内され、当該円筒カムの回転に追従して当該ヒンジ軸の軸方向に変位可能に支持されたカムフォロワと、 前記ハウジングに支持され、前記カムフォロワを前記円筒カムのカム面に常時当接するように付勢する補償ばねとを備え、前記円筒カムのカム面が、前記補償ばねの付勢力が前記カムフォロワを介して前記円筒カムに生じさせる前記ヒンジ軸回りの補償トルクと、前記アームに作用する重力によって生じる当該ヒンジ軸回りの負荷トルクとが、当該アームの俯仰角度に依らずに常時釣り合う曲面で形成されていることを特徴としている。なお、ここでアームに作用する重力とは、アームがエンドエフェクタやワーク等を保持している場合には、これらに作用する重力も含んでいる。

本発明のヒンジ型機械的自重補償機構においては、前記補償ばねが圧縮コイルばねであることが望ましい。この場合、圧縮コイルばねがヒンジ軸と同軸に配置されてその一方の端部が前記ヒンジ軸回りの回転を拘束された状態でカムフォロワに保持されているとともに、途中位置が前記圧縮コイルばねに対してその巻線方向に沿って螺動可能な伸縮制限部材に係合され、前記伸縮制限部材は、前記ヒンジ軸の外周に前記圧縮コイルばねの無負荷時の巻線ピッチと同一ピッチで形成された雄ねじに螺合する調整ナットと一体に設けられ、前記調整ナットの回転により、前記圧縮コイルばねに対する前記伸縮制限部材の係合位置を移動させて当該圧縮コイルばねの伸縮可能長を調整し、そのばね定数をアームに作用する負荷トルクに適合するように調整可能としてあることがさらに望ましい。

また、本発明のヒンジ型機械的自重補償機構においては、前記補償ばねを定荷重ばねにより構成することも望ましい。

請求項１に記載された発明に係るヒンジ型機械的自重補償機構によれば、補償ばねの付勢力をヒンジピンの軸方向に変位可能なカムフォロワを介して円筒カムに伝達し、アームの俯仰角度によって変化する負荷トルクに常に釣り合う補償トルクを発生させるようにしているため、アームに補償ばね等を取り付ける構造の自重補償機構と比較して、補償機構をアームのヒンジ部分にコンパクトに組み込むことができ、自重補償機構の付設に起因するアーム重量や慣性モーメントの増加を回避することができる。

また、アームと円筒カムは一体的に設けられ、補償ばねの付勢力はカムフォロワのみを介して円筒カムに伝達されるように構成されているため、可動部品が少なく、また、ワイヤ等の脆弱な部品を含まないため、構造が簡単で高い耐久性が得られる。

請求項２に記載された発明に係るヒンジ型機械的自重補償機構によれば、補償ばねに圧縮コイルばねを用いているため、これが万一破断したとしても、その瞬間に付勢力が消失してアームの落下事故が発生する虞がなく、高い安全性が得られる。

請求項３に記載された発明に係るヒンジ型機械的自重補償機構によれば、アームに作用する負荷トルクに応じて補償トルクの大きさを容易に調整することができる。そのため、例えば、ロボット等のアーム先端のエンドエフェクタを交換したり、荷を保持させて、アームに作用する負荷トルクが変化した場合、これに釣り合うように補償トルクの大きさを簡単に変更することができるため、高精度な自重補償が可能となり、アームを俯仰動作させるアクチュエータの負担をより軽減することができる。

請求項４に記載された発明に係るヒンジ型機械的自重補償機構によれば、定荷重ばねを用いていることにより、カムフォロワから円筒カムが受けるスラスト荷重が一定になるためアーム回動時の摩擦抵抗の変動が緩和され、アームを俯仰動作させるアクチュエータが受ける負荷変動を低減することができる。

また、円筒カムのカム曲線が全周にわたりなめらかに連続しているため、３６０°を超えてアームを回動させる場合にも、回動角度全域に亘って円滑且つ高精度な自重補償が可能となる。

本発明に係るヒンジ型機械的自重補償機構の１実施形態を示す分解斜視図である。 図１に示すヒンジ型機械的自重補償機構の要部平面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図１に示すヒンジ型機械的自重補償機構における、円筒カムとカムフォロワ、および圧縮コイルばねをヒンジ軸へ組付けた状態を示す部分図である。 図１に示すヒンジ型機械的自重補償機構における正面図である。 カムフォロワのフォロワピンから円筒カムのカム面が受ける力を模式的に説明した図である。 本発明に係るヒンジ型機械的自重補償機構の１実施形態における円筒カムの回転角θに対するフォロワピンの無次元変位と圧力角αとの関係を示すグラフである。 本発明に係るヒンジ型機械的自重補償機構の別の実施形態を示す、平面視における要部構造図である。 図８に示すヒンジ型機械的自重補償機構に用いられている伸縮制限部材の斜視図である。 図８に示すヒンジ型機械的自重補償機構において、伸縮制限部材を移動させてばね定数を増加させた状態を示す図である。 本発明に係るヒンジ型機械的自重補償機構のさらに別の実施形態を示す分解斜視図である。 図１１に示すヒンジ型機械的自重補償機構におけるカムフォロワのフォロワピンから円筒カムのカム面が受ける力を模式的に説明した図である。 図１１に示すヒンジ型機械的自重補償機構における円筒カムの回転角θに対するフォロワピンの無次元変位と圧力角αとの関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明のヒンジ型機械的自重補償機構（以下、単に自重補償機構ともいう。）の１実施形態を示す分解斜視図、図２は、その要部平面図、図３は、図２のＡ−Ａ断面図であって、本発明の自重補償機構１は、図示しない支持部材に固定されて使用される、円筒状のハウジング２を備えている。

前記ハウジング２は、図３に示すように一方の端部が、底板２Ａによって閉塞され、また他端が開口したカップ状に形成されていて、底板２Ａの中心部にはヒンジ軸取付孔２Ｂが軸方向に貫通形成されている。

前記ヒンジ軸取付孔２Ｂには、略水平向きで配置されるヒンジ軸３の末端部分が挿入されている。前記ヒンジ軸３には、前記末端部分の端から所定の長さだけ外周に雄ねじ３Ａが形成されている。

一方、ヒンジ軸取付孔２Ｂは、ねじ孔として形成されており、ここにヒンジ軸３の雄ねじ３Ａを螺合して底板２Ａからハウジング２の外部に突出した部分をナット４で回転しないように締め付けて、ヒンジ軸３を底板２Ａに固定してある。

また、ヒンジ軸３はハウジング２の反対側の開口端面より外側に突き出た大径部３Ｂを有しており、当該大径部３Ｂの首下位置には、円筒カム５が回動自在に装着されている。前記円筒カム５は、ヒンジ軸３が貫通する孔５Ａが中心部を貫通する円形の基部５Ｂと、ハウジング２の開口部の内側に配置される筒状のカム部５Ｃから構成されている。カム部５Ｃは基部５Ｂと同心状に形成されていて、その端面がカム部５Ｃの一つの直径の左右で対称的な輪郭を有するカム面Ｓを形成している。

また、基部５Ｂの外周は、カム部５Ｃの外周面より外側に鍔状に張り出していて、その一方の側面がハウジング２の開口端面を塞ぐように対向して配置されている。また、カム部５Ｃの基端部外周には、ハウジング２の開口端面近傍の内周面に回動可能に緩く嵌合する環状段部５Ｄが基部５Ｂと同心状に形成されている。

したがって、円筒カム５は、基部５Ｂがヒンジ軸３の大径部３Ｂとハウジング２の開口端面との間に挟まれて、ヒンジ軸３に対して軸方向の移動が規制され、回動のみが可能になっている。

また、ヒンジ軸３はカムフォロワ６を保持している。カムフォロワ６は中心部にヒンジ軸３が貫通する孔が形成された略円筒状のフォロワ本体６Ａと、その外周面に突設されている一対のガイドピン６Ｂならびに一つのフォロワピン６Ｃから構成されている。

これら一対のガイドピン６Ｂは、ハウジング２の周壁の直径方向に対向する２カ所に軸方向に形成された、ガイド溝孔２Ｃ内に入り込んで、カムフォロワ６をハウジング２に対して、ヒンジ軸３回りの回転を拘束された状態で軸方向に移動可能に案内している。

一方、フォロワピン６Ｃは、その外周面が円筒カム５のカム面Ｓに当接する位置に設けられている。また、ハウジング２の底板２Ａとカムフォロワ６の互いに向き合う面にはそれぞれ、ばね嵌入部２Ｄとばね嵌入部６Ｄが形成されている。

これらのばね嵌入部２Ｄとばね嵌入部６Ｄには、本実施形態において補償ばねとして用いられている圧縮コイルばね７の両端が嵌入して保持されていて、圧縮コイルばね７の付勢力がカムフォロワ６からフォロワピン６Ｃを介して円筒カム５のカム面Ｓに作用するようになっている。また、図３及び図４に示すように、カム部５Ｃの内側には、円筒カム５のヒンジピン３回りの回動に伴って、カムフォロワ６の一部が侵入可能な凹部が形成されている。

図１及び図５に示すように、円筒カム５の基部５Ｂの、カム部５Ｃと反対側の面には、先端にエンドエフェクタ等の重量部９を有するアーム８が固定されている。（なお、アーム８及び重量部９は、図２乃至図４においては図示を省略してある。）

図５において、アーム８と重量部９とを合わせた重心位置をＧ、これらの合計重量をＷ、アーム８の回動中心位置（ヒンジ軸３の中心位置）Ｏと重心位置Ｇとの距離をＬとしたとき、前記重量Ｗによりアーム８のＯ点回りに作用する負荷トルクをτｗとすると、
τｗ＝ＷＬｃｏｓθ （１）
となる。ここで、θは、水平方向（Ｘ軸方向）に対するアーム８の傾斜角度である。

一方、円筒カム５は、アーム８の角度θに応じてそのカム面Ｓがフォロワピン６Ｃを介してカムフォロワ６をヒンジ軸３の軸方向に沿って変位させ、これに伴って圧縮コイルばね７を伸縮変形させる。

ここで、円筒カム５のカム面Ｓは、アーム８が真上（θ＝９０°）を向いたときには、圧縮コイルばね７は自然長になってこの位置では圧縮コイルばね７の圧縮変形量は０となり、またアーム８が真下（θ＝−９０°）を向いたときには、その圧縮変形量が最大になるように設定されている。

図６は、前記カム面Ｓにフォロワピン６Ｃを介して前記圧縮コイルばね７から作用する力を説明する図であって、同図においてｙは自然長からの圧縮コイルばね７の圧縮量、ｋは、当該圧縮コイルばね７のばね定数を表している。また、Ｎは、カム面Ｓがフォロワピン６Ｃから受ける垂直抗力、αは圧力角である。

ここで、圧縮コイルばね７からカムフォロワ６のフォロワピン６Ｃを介して円筒カム５に作用する補償トルクをτｓとすると、これはヒンジ軸３の中心に対するカム面Ｓ中央の半径をａとして下記のように表される。
τｓ＝Ｎｓｉｎα・ａ （２）

補償トルクτｓが負荷トルクτｗと釣り合っている状態では、
Ｎｓｉｎα・ａ＝ＷＬｃｏｓθ （３）
となり、また、図６を参照すると、Ｎｓｉｎα＝−ｋｙｔａｎαであるから、
−ｋｙｔａｎα＝ＷＬｃｏｓθ （４）

また、ｔａｎα＝ｄｙ（θ）／（ａ・ｄθ） （５）
と表せるので、これらの式よりｙについて解くと、
ｙ（θ）＝（２ＷＬ（１−ｓｉｎθ）／ｋ）^１／２ （６）
となり、これが、アーム８の角度θによらずに常に補償トルクτｓが負荷トルクτｗと釣り合うためのカム面Ｓのカム曲線となる。

次に、図７は、アーム８の角度θに対するフォロワピン６Ｃの変位と圧力角αとの関係を示すグラフであって、同図においてはフォロワピン６Ｃの変位は無次元化して表示してある。

同図において、θ＝９０°と−２７０°ではともにアーム８は真上に向くが、この位置では、カム面Ｓの圧力角αが互いに逆になって、傾斜が不連続となる。しかしながら、この位置では、（６）式に示すように、ｙの値は０となるため、圧縮コイルばね７は自然長に戻り、ここでは、カムフォロワ６のフォロワピン６Ｃをカム面Ｓに押し付けるばね力が消失するため、実用上支障が生じることはなく、いかなる角度θにあっても重量部９を含めたアーム８の自重補償は可能である。

次に、図８は、前述した自重補償機構１のアーム８先端に支持される重量部９の交換等によってその重量が変わり、その結果負荷トルクτｗが変わった場合にも容易に対応できるように改良した実施形態の平面視における要部構造図であって、同図中、円筒カム５やカムフォロワ６等、前述した自重補償機構１と図面中の番号が同じものは、共通に用いられている部材である。

図８に示すものにおいては、ハウジング２’底板２’Ａに固定されているヒンジ軸３’の、ハウジング２’内に配置される部分の外周面には無負荷時の圧縮コイルばね７の巻線ピッチと同一ピッチの雄ねじＴが底板２’Ａ側から大径部３’Ｂ側に向けて途中位置まで形成されている。

この雄ねじＴには、外周が歯車１０Ａとなっている扁平な調整ナット１０が螺合しており、この歯車１０Ａは、ハウジング２’の外面に取り付けられたギヤモータ（減速機内蔵モータ）１１の軸１１Ａに固定されてその一部がハウジング２’の側壁に設けられた開口部２’Ｅから内側に侵入している駆動歯車１２と噛み合っている。

また、調整ナット１０のカムフォロワ６側の側面には、伸縮制限部材１３が固定されている。伸縮制限部材１３は、図９に示すように、中央部にヒンジ軸３’を通す孔１３Ａを有し、調整ナット１０に固定される取付板１３Ｂと、この取付板１３Ｂに対して連結ピース１３Ｃ、１３Ｄを介して傾斜して固定されている伸縮規制板１３Ｅから構成されている。

伸縮規制板１３Ｅには、ヒンジ軸３’を貫通させるために、孔１３Ａと対向する位置に一部が切欠かれた孔１３Ｆが形成されている。これらの孔１３Ａ、１３Ｆの内径は、ヒンジ軸３’の外径よりも大きく且つ圧縮コイルばね７の内径よりも小さく形成されていて、圧縮コイルばね７は、伸縮規制板１３Ｅの一側縁から孔１３Ｆに連通する切欠部Ｕを通して伸縮規制板１３Ｅの一方の面から反対側の面へ通過できるようになっている。

また、本実施形態のものにおいては、圧縮コイルばね７の一方の端は、カムフォロワ６のフォロワ本体６Ａに対して回転しないように保持されており、他方の端は取付板１３Ｂに対して回転可能に当接されている。

また、図８に示すフォロワピン６Ｃが前進しきった位置（図５において、アーム８の角度θが９０°となり真上に向いた状態に対応する位置）では、圧縮コイルばね７が自然長となるように設定されている。

ここで、ギヤモータ１１Ａを駆動することにより、軸方向幅が長く形成された駆動歯車１２と歯車１０Ａで噛み合う調整ナット１０を回転させ、カムフォロワ６側に向けて螺進させていくと、図１０に示すように、調整ナット１０に固定されている伸縮制限部材１３は、無負荷時における圧縮コイルばね７のピッチと同一ピッチで螺進し、この間、ヒンジ軸３’回りの回動を規制されている圧縮コイルばね７の一部は、図９に示す伸縮規制板１３Ｅの切欠部Ｕを通過してその裏側に移動し、この部分は取付板１３Ｂとの間で圧縮されていく。

その結果、圧縮コイルばね７の伸縮可能な部分が、フォロワ本体６Ａと伸縮規制板１３Ｅとの間の部分に制限されて、有効なばね線材の巻数が減少するため、図８の状態と比較して、同じ圧縮変形量であってもばね線材の捩り変形量が大きくなるため、ばね定数は増加する。

したがって、調整ナット１０を回転させることによって、ばね定数を所望の補償トルクが得られる値に調整することができる。なお、この実施形態のものにおいては、調整ナット１０をギヤモータ１１によって回転させるようにしているが、手動で回転するようにしてもよい。

次に、図１１は、本発明に係るヒンジ型機械的自重補償機構のさらに別の実施形態を示す分解斜視図であって、同図に示す自重補償装置１’は、前述した図１に示す自重補償機構１において、補償ばねとして用いている圧縮コイルばね７に代えて、一対の定荷重ばね７’を用いたものである。本実施形態のものにおいては、これらの定荷重ばね７’は、ドラム状ケース７’Ａ内に巻装された帯状のゼンマイばねからなる市販の既製品を使用している。

これらの定荷重ばね７’は、ヒンジ軸３に外嵌される細長いスリーブ１４の一端に固定されるばね保持板１５にドラム状ケース７Ａが取り付けられて、円筒カム５’のカム部５’Ｃの内側に配置される。なお、取付板１５は、スリーブ１４の一端に、溶接、カシメ、ねじ止め等、周知の固定方法によって固定される。

また、スリーブ１４は、その周壁に貫通形成されたねじ孔１４Ａに螺合されるイモねじ１４Ｂによってヒンジ軸３に固定される。また、前記スリーブ１４のばね保持板１５が固定される端と反対側の端はハウジング２内で底板２Ａと当接あるいはこれに近接して配置される。

また、カムフォロワ６’はスリーブ１４の外周にスライド自在に外嵌されるフォロワ本体６’Ａと、その上下両面から突出してハウジング２上下位置にそれぞれ形成されたガイド溝孔２Ｃに案内される一対のガイドピン６’Ｂと、円筒カム５’のカム部５’Ｃの端面に形成されたカム面Ｓ’に当接するフォロワピン６’Ｃとを備えている。

また、フォロワ本体６’Ａの左右両側には係止突部６’Ｄが突設されていて、前記一対の定荷重ばね７’のそれぞれの引出側端部近傍に形成された係止孔７’Ｂにこれらの係止突部６’Ｄを係止させて、両方の定荷重ばね７’をフォロワ本体６’Ａに連結するようにしてある。なお、定荷重ばね７’の引出側端部をフォロワ本体６’Ａに連結する方法としては、これに限らず、例えば、ねじ止め等の方法を用いてもよい。

図１１に示す自重補償装置１’が組み立てられた状態では、一対の定荷重ばね７’は、円筒カム５’のカム面Ｓ’に対してフォロワピン６’Ｃを常に軸方向に一定の力で押し付けている。

次に、図１２は、フォロワピン６’Ｃから円筒カム６’のカム面Ｓ’が受ける力を模式的に説明した図であって、同図において、ｙは、フォロワピン６’Ｃの変位を表しており、図５に示すように、アーム８の角度をθとした場合に、アーム８が真上を向いた位置すなわちθ＝９０°においてｙ＝０としている。また、図１２において、ｆは、定荷重ばねの付勢力、Ｎは、カム面Ｓ’がフォロワピン６’Ｃから受ける垂直抗力、αは、圧力角である。

本実施形態の自重補償装置１’においては、カム面Ｓ’中央の半径をａとすると、先に述べたように、ヒンジ軸３回りの負荷トルクτｗは（１）式で、また、補償トルクτｓは（２）式で与えられるから、補償トルクτｓが負荷トルクτｗと釣り合っている状態では次の関係が成立する。
−ｆｔａｎα・ａ＝ＷＬｃｏｓθ （７）

ここで、前述した（５）式を上記（７）式に代入してｙ（θ）について解くと、
ｙ（θ）＝ＷＬ（１−ｓｉｎθ）／ｆ （８）
となり、（８）式が、定荷重ばね７’を用いた場合に、アーム８の角度θによらずに常に補償トルクτｓが負荷トルクτｗと釣り合うためのカム面Ｓ’のカム曲線を与える。

次に、図１３は、円筒カムの回転角θ、すなわち、アーム８の角度θに対するフォロワピン６’Ｃの変位と圧力角αとの関係を示すグラフであって、同図において、フォロワピン６’Ｃの変位は、前述した図７の場合と同様に、無次元化して表示してある。

図１３から明らかなように、本実施形態の自重補償機構１’においては、圧力角αは、アーム８の角度θの全範囲にわたってなめらかに連続しており、アーム８の角度によらずに常に正確な自重補償を行うことができる。なお、本実施形態のものにおいては、２つの定荷重ばね７’を自重補償ばねとして用いているが、定荷重ばねは、１つ、あるいは３つ以上用いてもよい。

また、前述した各実施形態において用いているカムフォロワは、フォロワ本体にフォロワピンを取り付け、これを円筒カムのカム面に当接させているが、カムフォロワはこの構造に限定するものではなく、カム面と当接する部分は一体に形成してもよい。
また、摩擦抵抗を軽減するために、フォロワ本体には、フォロワピンの代わりに小径のローラを回転自在に取り付けて、カム面に転動接触させるようにしてもよい。

本発明のヒンジ型機械的自重補償機構は、アームを備えたロボットやマニピュレータ、作業機器等の、アーム全体に作用する重力とバランスさせるための自重補償機構として利用できる他、水平なヒンジ回りに開閉する蓋等の自重補償機構等、種々な分野における自重補償機構として幅広く利用可能である。

１、１’ 自重補償機構
２、２’ ハウジング
２Ａ、２’Ａ 底板
２Ｂ ヒンジ軸取付孔
２Ｃ ガイド溝孔
２Ｄ ばね嵌入部
２’Ｅ 開口部
３、３’ ヒンジ軸
３Ａ 雄ねじ
３Ｂ、３’Ｂ 大径部
４ ナット
５、５’ 円筒カム
５Ａ 孔
５Ｂ 基部
５Ｃ、５’Ｃ カム部
５Ｄ 環状段部
６、６’ カムフォロワ
６Ａ、６’Ａ フォロワ本体
６’Ｂ、６’Ｂ ガイドピン
６Ｃ、６’Ｃ フォロワピン
６Ｄ ばね嵌入部
６’Ｄ 係止突部
７ 圧縮コイルばね（補償ばね）
７’ 定荷重ばね（補償ばね）
７’Ａ ドラム状ケース
７’Ｂ 係止孔
８ アーム
９ 重量部
１０ 調整ナット
１０Ａ 歯車
１１ ギヤモータ
１１Ａ 軸
１２ 駆動歯車
１３ 伸縮制限部材
１３Ａ 孔
１３Ｂ 取付板
１３Ｃ、１３Ｄ 連結ピース
１３Ｅ 伸縮規制板
１３Ｆ 孔
１４ スリーブ
１４Ａ ねじ孔
１４Ｂ イモねじ
１５ ばね保持板

Claims (4)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに略水平向きに固定されたヒンジ軸と、
   前記ヒンジ軸回りに軸方向定位置で回動自在に設けられた円筒カムと、
   前記円筒カムと一体に、前記ヒンジ軸回りに回動可能に設けられたアームと、
   前記ヒンジ軸回りの回転が拘束された状態で前記円筒カムのカム面に案内され、当該円筒カムの回転に追従して当該ヒンジ軸の軸方向に変位可能に支持されたカムフォロワと、
   前記ハウジングに支持され、前記カムフォロワを前記円筒カムのカム面に常時当接するように付勢する補償ばねとを備え、
   前記円筒カムのカム面が、前記補償ばねの付勢力が前記カムフォロワを介して前記円筒カムに生じさせる前記ヒンジ軸回りの補償トルクと、前記アームに作用する重力によって生じる当該ヒンジ軸回りの負荷トルクとが、当該アームの俯仰角度に依らずに常時釣り合う曲面で形成されていることを特徴とするヒンジ型機械的自重補償機構。
2. 補償ばねが圧縮コイルばねであることを特徴とする請求項１記載のヒンジ型機械的自重補償機構。
3. 圧縮コイルばねがヒンジ軸と同軸に配置されてその一方の端部が前記ヒンジ軸回りの回転を拘束された状態でカムフォロワに保持されているとともに、途中位置が前記圧縮コイルばねに対してその巻線方向に沿って螺動可能な伸縮制限部材に係合され、
   前記伸縮制限部材は、前記ヒンジ軸の外周に前記圧縮コイルばねの無負荷時の巻線ピッチと同一ピッチで形成された雄ねじに螺合する調整ナットと一体に設けられ、
   前記調整ナットの回転により、前記圧縮コイルばねに対する前記伸縮制限部材の係合位置を移動させて当該圧縮コイルばねの伸縮可能長を調整し、そのばね定数をアームに作用する負荷トルクに適合するように調整可能としたことを特徴とする請求項２記載のヒンジ型機械的自重補償機構。
4. 補償ばねが定荷重ばねであることを特徴とする請求項１記載のヒンジ型機械的自重補償機構。

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