JP2013252611A

JP2013252611A - アーム及びロボット

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Publication number: JP2013252611A
Application number: JP2013196564A
Authority: JP
Inventors: Shingo Hoshino; 真吾星野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2013-12-19

Abstract

【課題】たとえ熱伝達経路が長距離化される場合であれ、モーター等の発熱体から発せられる熱を効率よく放熱可能とする放熱装置を有する放熱装置付き旋回型アーム及び該旋回型アームを備える水平多関節型ロボットを提供する。
【解決手段】支持軸１４を中心として水平旋回する第２のアーム１５には、そこに設置された第２モーターＭ２と熱的に結合される吸熱部３６と、該吸熱部３６に熱的に結合されたヒートパイプ３５を介してこの吸熱された熱を第２のアーム１５の外部に放熱させる放熱部３１とが備えられている。放熱部３１は、支持軸１４に対して第２モーターＭ２よりも離れた位置に配置され、第２のアーム１５の旋回方向から受ける空気に基づいてその周囲に気流を形成しつつ、この形成した気流によって吸熱部３６から伝達される熱を放熱する。
【選択図】図３

Description

本発明は、旋回移動されるアームを備える産業用機械などに採用されて発熱体から伝達される熱を放熱する機能を有する放熱装置付き旋回型アーム、及び該アームを備える水平多関節型ロボットに関する。

上記産業用機械、中でも産業用ロボットとしては、垂直多関節型ロボット、水平多関節型ロボット（スカラロボット）など、複数のアームが順に回動可能に連結されたロボットが用いられることが少なくない。これらのロボットは、各アームを、連結部を介して支持する他のアーム等の支持部に対して適切な角度に変化させることに基づく旋回移動により、それらロボットの先端部を基台に対して相対移動させている。

一方、近年は、こうしたロボットによる生産性向上の要求に応えるために、ロボット自身の性能として、その動作の高速化や非稼働時間の短縮化を図ることができることが求められている。そこで、モーターの回転速度を上昇させてアームの旋回速度を高速化させたり、非稼働時間の短縮化のために単位時間当たりのモーターの稼動時間を長くさせてアームの移動が頻繁に行なわれるようにするなどの工夫が図られつつある。

ところが実情としては、モーターの回転速度の上昇はモーターの発熱量を増加させることにつながり、また、モーターの稼動時間の延長は単位時間当たりの発熱量の増加とともに冷却時間の短縮化を引き起こすなどの不都合を招くことともなっている。すなわち、モーターはその温度が急速に上昇するようになり、その温度上昇が自然な冷却能力を上回ることで、モーターの性能や寿命を維持するために予め定められている所定の温度範囲をも超えやすくなる。そして、このように所定の温度範囲を超えた場合、そのままモーターの駆動を継続することは好ましくないためにその温度を低下させる必要が生じ、結局、回転速度を低下させたり、停止時間を長くするなど、モーターの動作性能、ひいてはアームの旋回速度や移動回数が規制されることとなる。

そこで従来から、モーターの温度上昇を抑制させるためにモーターの発熱を効率良く放熱させるための構造が様々提案されており、そのような構造の一例として、例えば特許文献１に記載の産業用ロボットにおける駆動用モーターの冷却方法などがある。この特許文献１に記載のモーターの冷却方法では、熱伝導性を有するロボット本体にモーターをフランジを介して取付けるとともに、このモーターの外側面にはロボット本体に別途取付けられるカバーに突設されたプレートが熱伝導性のグリースを介して当接されるようにしている。これにより、モーターから発せられる熱は、上記フランジを介してロボット本体に至る熱伝達経路と、プレート及びカバーを介してロボット本体に至る熱伝達経路との２つの熱伝達経路が形成されることとなり、その放熱能力、すなわち冷却能力も自ずと高められるようになる。

特開平９−３２３２８６号公報

ところで通常、モーターなどの機器の設置されているアームは、同アームの剛性の維持を目的として熱伝導率の高い金属材料から形成されるアーム筐体と、アーム筐体に設置される上記機器などを覆う軽量な樹脂から形成されるアームカバーとにより構成されていることが多い。また、アームとしては、モーターがフランジを介してアーム筐体の表面に突設される構成が採用されることも多く、そのような構成の場合、モーターの外側面はアーム筐体から離間されるような構造となる。さらに、モーターを覆うアームカバーが熱伝導率の低い樹脂からなる場合、同カバーを介しての放熱は期待できない。

このようなことから、特許文献１に記載のモーターの冷却方法のように、上記フランジによる熱伝達経路とは別にプレートとカバーからなる熱伝達経路を設けたとしても、カバー自体が熱伝導率の低い樹脂製であったり、モーターの外側面がアーム筐体から離間される構造である場合などには、その熱伝達経路を効率良く確保することは難しい。また、このような構造にあって、さらに別の熱伝達経路を設けることができるとしても、一般には熱伝達経路の長距離化を招いたり、同経路の短縮化を図ろうとしても、その接続先が高温となりやすいフランジ近傍にならざるを得ないなど、放熱効率の良い熱伝達経路の確保は容易ではない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、たとえ熱伝達経路が長距離化される場合であれ、モーター等の発熱体から発せられる熱を効率よく放熱可能とする放熱装置を有する放熱装置付き旋回型アーム及び該旋回型アームを備える水平多関節型ロボットを提供することにある。

本発明の放熱装置付き旋回型アームは、回転軸を中心として水平旋回するアームに設置された発熱体と熱的に結合される吸熱部と、該吸熱部に熱的に結合された熱伝達装置を介してこの吸熱された熱を前記アームの外部に放熱させる放熱部とを備え、前記放熱部は前記回転軸に対して前記発熱体よりも離れた位置に配置され、前記アームの旋回方向から受ける空気に基づいてその周囲に気流を形成しつつ、この形成した気流によって前記吸熱部から伝達される熱を放熱することを要旨とする。

このような構造によれば、発熱体の熱は、放熱装置の吸熱部に吸収されてから、熱伝達装置により発熱体よりも回転軸から離れている放熱部まで移動され、アームの旋回移動に伴い形成される強い気流に同放熱部がさらされることにより同放熱部からアームの外部へ放熱されるようになる。これにより、アームに設けられている発熱体の熱の放熱効率が高められるようになり、発熱体としてもその温度上昇が軽減され、同発熱体はその機能が温度上昇により規制されるようなおそれが低減される。例えば発熱体がアームを旋回駆動させるモーターである場合、同モーターはその温度上昇の軽減により同モーターの性能や寿命を維持するために予め定められている所定の温度範囲を超えがたくなり、同範囲を超えた場合に生じる回転速度や稼働時間の制限などの動作制限が生じがたくなる。すなわち、同モーターにこのような放熱装置を採用することにより旋回型アームの動作の高速化や非稼働時間の短縮化が可能ともなる。

また、放熱部は回転軸から離れた位置に設けられることから旋回移動時に強い気流を受けるようになり単位時間に接する空気の量が増加されることに伴いその冷却能力が向上されるようになる。さらに放熱部は、発熱体から離れた位置に配置されるようにもなることから同発熱体からの熱があまり伝達されていない位置に配置されるようにもなり、周辺の温度差が大きいほど良くなる放熱効率を良い状態とされる放熱部から効率の良い放熱が行なわれるようにもなる。これによっても発熱体の冷却能力（放熱効率）が高められるようになる。

さらに、吸熱部と放熱部とが離間されることからアームにおける吸熱部及び放熱部の配置の自由度が高められ、小型化により各種機器の配置が高密度化されているアームであれ、アームにおけるそれら機器の配置の自由度を維持しつつ放熱装置を配置させるスペースをも確保することができるようになる。

この放熱装置付き旋回型アームは、前記放熱部はこれを支持する基台部が前記アームの外面に沿うかたちに配設され、該基台部には、前記アームの外面に沿ってその外方向に壁状に伸びる複数の突部が設けられていることを要旨とする。

このような構造によれば、放熱部の空気との接触面積が増大されるようになり同放熱部を通じての放熱効率が高められるようにもなり、モーターなどの発熱体の温度上昇が軽減されるようになる。

この放熱装置付き旋回型アームは、前記複数の突部のうちの一の突部と該一の突部に隣接する他の突部との間に形成されている空間が前記アームの旋回方向へ開かれるかたちで前記放熱部の基台部に配置されていることを要旨とする。

このような構造によれば、アームが旋回移動されるときに同旋回移動に伴いアーム周辺に生じる気流が放熱部の各突部と各突部との間のそれぞれの空間にも流入し、それら空間を流通するようになる。これにより、放熱部の各突部の側面には多くの空気が流れるようになり、各突部の側面が単位時間に接する空気の量が増加することから同放熱部による放熱効率が高められるようになり、同放熱部から放熱されているモーターなどの発熱体の冷却性能が向上され、同発熱体の温度上昇がより好適に軽減されるようになる。

この放熱装置付き旋回型アームは、前記複数の突部には、それら突部に交差する態様で複数の切り欠き部が形成されていることを要旨とする。
このような構造によれば、放熱部の突部にはその突部を横切るように切り欠き部が複数形成され、それらの間にも空気が流通されるようになる。これによっても、放熱部の各突部は、それらの側面の空気との接触面積が増加されたり、空気の流通量が増加されたりするようにもなり、放熱部からの放熱がより効率的に行われ、モーターなどの発熱体の温度上昇がより好適に軽減されるようになる。

この放熱装置付き旋回型アームは、前記熱伝達装置がヒートパイプであることを要旨とする。
このような構造によれば、吸熱部に収容された熱が、熱伝達性能の高いヒートパイプによって放熱部に速やかに移動されるようになり、放熱部の放熱能力を十分に活用することができるようになるに伴い、吸熱部の発熱体に対する冷却能力がより向上されるようになる。これにより、モーターなどの発熱体の放熱効率が高められるようになり、発熱体の温度上昇が軽減され、温度上昇により生じる動作制限などの不都合が回避されるようになる。

また、ヒートパイプは吸熱部と放熱部との間の経路をその高い熱伝達性能を維持しつつ高い自由度にて選択することができアームにおける吸熱部と放熱部の配置の自由度がより高められるようになる。

この放熱装置付き旋回型アームは、前記放熱部は前記アーム内において前記吸熱部よりも上方に位置して設けられており、前記ヒートパイプは、これら放熱部と吸熱部との間に高低差をもって設けられることを要旨とする。

このような構造によれば、ヒートパイプの放熱部側の端部にて放熱して液化される熱伝達物質の吸熱部への還流が重力によっても行われるようになる。一般的にヒートパイプにおいては、放熱端（放熱部側の端部）にて放熱して液化される作動液が放熱端よりも低い位置に設けられる吸熱端（吸熱部側の端部）へ毛細管現象により還流されるが、それに加えて重力による流れを確保することにより作動液の吸熱端へ還流がより迅速に行われるようになる。作動液の吸熱部への迅速な還流は、ヒートパイプによる熱伝達能力を向上させることから、発熱体の冷却能力がより向上され同発熱体の温度上昇が好適に抑制されるようになる。

本発明の水平多関節型ロボットは、複数のアームが回転軸を介して水平連結された水平多関節型ロボットであって、前記複数のアームのうちの少なくとも一つのアームを、上記記載の放熱装置付き旋回型アームとしたことを要旨とする。

このような構造によれば、発熱体の熱は、放熱装置の吸熱部に吸収されてから、熱伝達装置により発熱体よりも回転軸から離れている放熱部まで移動され、ロボットのアームの旋回移動に伴い形成される強い気流に同放熱部がさらされることにより同放熱部からアームの外部へ放熱されるようになる。これにより、アームに設けられている発熱体の熱の放熱効率が高められるようになり、発熱体としてもその温度上昇が軽減され、同発熱体はその機能が温度上昇により規制されるようなおそれが低減される。例えば発熱体がアームを旋回駆動させるモーターである場合、同モーターはその温度上昇の軽減により同モーターの性能や寿命を維持するために予め定められている所定の温度範囲を超えがたくなり、同範囲を超えた場合に生じる回転速度や稼働時間の制限などの動作制限が生じがたくなる。すなわち、同モーターにこのような放熱装置を有する旋回型アームを採用するロボットとしてはその動作の高速化や非稼働時間の短縮化が可能ともなる。

さらに、吸熱部と放熱部とが離間されることからロボットのアームにおける吸熱部及び放熱部の配置の自由度が高められ、小型化により各種機器の配置が高密度化されているアームを採用しているロボットであれ、ロボットのアームにおけるそれら機器の配置の自由度を維持しつつ放熱装置を配置させるスペースをも確保することができるようになる。

本発明にかかる放熱装置付き旋回型アームの採用される水平多関節型ロボットについて、その一実施形態の正面構造を示す正面図。同実施形態において用いられる放熱装置の一部の上面構造を示す上面図。同実施形態において用いられる放熱装置の正面構造を示す正面図。同実施形態において用いられる放熱装置の吸熱部について、図３の４−４線における断面構造を示す断面図。同実施形態において用いられるアーム駆動用モーターの温度の時間変化を示すグラフ。その他の実施形態に用いられる放熱装置について、（ａ）（ｂ）はそれぞれ異なる態様を示す模式図。またその他の実施形態に用いられる放熱装置の放熱部についてその態様を示す模式図。さらにその他の実施形態に用いられる放熱装置の正面構造を示す正面図。

以下、本発明にかかる放熱装置付き旋回型アームの用いられる水平多関節型ロボットが具体化された一実施形態について図面に従って説明する。
図１に示すように、ロボットは、床面等に設置された基台１１を有し、その上端部に回動可能に設けられた基台軸１２に、第１のアーム１３の基端部が連結固定されている。基台軸１２は、その基端が、基台１１内に設けられた第１モーターＭ１によって正逆回転されることで、基台１１に対して軸心Ｃ１を中心にして回動するようになっている。これにより第１のアーム１３は、基台軸１２の軸心Ｃ１を中心にして基台１１に対して水平方向に回動、すなわち水平旋回する。

第１のアーム１３の先端部に設けられる支持軸１４は、その先端を第２のアーム１５の基端部内に配置させることにより第２のアーム１５を回動可能に支持している。第２のアーム１５は、金属材料などから高い剛性を有する横長のアーム状に形成されるアーム筐体２０と、アーム筐体２０の上側をその基端部から先端部にかけて第２モーターＭ２などを含めて覆うカバーとして樹脂材料から形成される軽量なアームカバー２１とから構成されている。

第２のアーム１５のアーム筐体２０には、その基端部に第２モーターＭ２が固定されており、同第２モーターＭ２の出力軸がギア等を介して支持軸１４の先端に連結されている。これにより、アーム筐体２０は、第２モーターＭ２の回動により支持軸１４を正逆回転させるときに同支持軸１４から同第２モーターＭ２が受ける反力によって、軸心Ｃ２を中心にして第１のアーム１３に対して水平方向に回動する。すなわち、アーム筐体２０を有する第２のアーム１５が水平旋回される。

第２のアーム１５の先端部には、第２のアーム１５のアーム筐体２０とアームカバー２１とをそれぞれ貫通する上下回転軸１６が設けられている。上下回転軸１６は、円柱状の軸体であって、その周表面には図示しないボールねじ溝とスプライン溝とがそれぞれ形成されている。上下回転軸１６は、そのスプライン溝が第２のアーム１５の先端部に配置されたスプラインナット１６Ｓの中心に嵌め合わされるように挿通され、そのボールねじ溝がこれも第２のアーム１５の先端部に配置されたボールねじナット１６Ｂの中心に螺合されるように挿通されている。これにより上下回転軸１６は、第２のアーム１５に対して回転可能に、かつ、上下方向に移動可能に支持されている。すなわち上下回転軸１６は、第２のアーム１５内に備えられた回転モーターＭ３の正逆回転がスプラインナット１６Ｓを正逆回転させることによって自らの軸心Ｃ３を中心にして正逆回転される。また上下回転軸１６は、第２のアーム１５内に備えられた昇降モーターＭ４の正逆回転がボールねじナット１６Ｂを正逆回転させることによって上下方向に昇降移動され、その昇降移動によりその下端部１７を上下方向に昇降させる。上下回転軸１６の下端部１７には、ツール、例えば被搬送物を把持するハンドや被加工物を加工するハンド等の取り付けが可能になっている。そして、ロボットは、下端部１７に取り付けられた各ツールによって、部品を搬送したり、部品を加工したりするようになっている。

また、第２のアーム１５内に設けられている各モーターＭ２〜Ｍ４の制御信号あるいはモニター信号の各信号線はフレキシブルな配線ダクト１９を介して基台１１内にてまとめられ、上記第１モーターＭ１の信号線と共に、制御装置（図示略）の各対応する端子に接続されている。

さらに、第２のアーム１５には放熱装置３０が設けられており、その放熱装置３０を構成する放熱部３１が第２のアーム１５において軸心Ｃ２からアーム先端方向に距離Ｌ２だけ離れたアームカバー２１の外面のうちの上面に設けられている。

次に、第２のアーム１５に設けられる放熱装置３０について、図２〜図４を参照して説明する。図２は、放熱装置３０の一部をロボットの上方から見た構造を示す図であり、図３は、放熱装置３０の全体をロボットの正面方向から見た構造を示す図であり、図４は、図３の４−４線における断面の構造を示す図である。

図２及び図３に示すように、放熱装置３０は、第２のアーム１５のアームカバー２１の先端部上面に配置される放熱部３１と、第２モーターＭ２に機械的及び熱的に結合される吸熱部３６と、放熱部３１と吸熱部３６とに結合されて吸熱部３６の熱を放熱部３１に伝達させる熱伝達装置としてのヒートパイプ３５とから構成されている。

図３及び図４に示すように、ヒートパイプ３５は、両端の封止された管形状に形成されており、その管形状の内壁３５ｉには管の長さ方向に連続するひだが複数形成されている。またヒートパイプ３５は、所定の塑性を有しており、予め定められた曲率よりも大きな曲率であれば第２のアーム１５内を任意に湾曲させて配設することができる。ヒートパイプ３５の内部には、冷却により液化され、加熱により気化される作動液（図示略）が封入されている。作動液は、それが液体のときにはヒートパイプ３５の相対的に下方に位置する吸熱端に溜まり、吸熱端が加熱されることにより気化されて気体になると相対的に上方に位置する放熱端に移動され、その気体が放熱端にて冷却されることにより再び液化されて液体とされ重力及びひだによる毛細管現象により吸熱端に戻されるようになっている。すなわちヒートパイプ３５は、作動液が気化されるときの気化熱によりその吸熱端の周囲の熱を奪い、作動液が液化されるときの液化熱によりその放熱端の周囲に熱を供給することを、上述のような作動液の気化と液化の繰り返しにより連続的に行い、その吸熱端の熱を放熱端に高い効率で移動させる。

吸熱部３６は、アルミニウムなどの熱伝導性の高い金属材料からブロック状に形成されており、その一側面が熱伝導性のシート３７を介して第２モーターＭ２の側面に機械的及び熱的に結合されている。すなわち吸熱部３６は、第２モーターＭ２の側面に支持されるとともに、第２モーターＭ２の生じる熱が効率よくスムーズに伝達されるようになっている。吸熱部３６には、その一側面にパイプ取付け溝３６ｇが凹設されており、パイプ取付け溝３６ｇには、図示しない熱伝導性のシートを介するなどしてヒートパイプ３５の吸熱端が吸熱部３６との間に高い熱伝導性が維持されるように結合されている。これにより、第２モーターＭ２の熱により加熱された吸熱部３６がヒートパイプ３５の吸熱端を加熱させ、その加熱により吸熱端には作動液の気化による気化熱が生じ、同気化熱が吸熱部３６の熱を奪い吸熱部３６の温度が低下され、その吸熱部３６への第２モーターＭ２の熱の移動が促進されるようになる。

なお、本実施形態では、パイプ取付け溝３６ｇに配置されたヒートパイプ３５は、その外周面３５ｆの一部をパイプ取付け溝３６ｇに熱的に結合させ、パイプ取付け溝３６ｇの開放部に面する外周面３５ｆは第２モーターＭ２との間に配置される熱伝導性のシート３７を介して第２モーターＭ２と熱的に結合されるようにしている。これにより、パイプ取付け溝３６ｇへのヒートパイプ３５の配置を容易とするとともに、熱伝導性のシート３７の弾性にてパイプ取付け溝３６ｇとの密着性の確保、吸熱部３６や熱伝導性のシート３７に熱的に接触していない外周面３５ｆの減少を図り、ヒートパイプ３５の吸熱部への効率のよい熱伝導が行われるようにしている。

放熱部３１は、放熱効率を向上させるためにアルミニウムなどの熱伝導性の高い金属材料から形成される、いわゆるヒートシンクであり、板状の基台部３２と、その基台部３２の表面に突出される複数の突部としての放熱フィン３３とを有し構成されている。基台部３２は、アームカバー２１の貫通穴に嵌め込まれることにより放熱部３１全体をアームカバー２１に支持させるようになっており、その下部は同貫通穴を通過して同アームカバー２１内に突出されるようになっている。基台部３２には、その下部にパイプ取付け溝３２ａが水平方向に凹設されており、同パイプ取付け溝３２ａには図示しない熱伝導性のシートを介するなどしてヒートパイプ３５の放熱部が基台部３２との間に高い熱伝導性が維持されるように結合されている。これにより、放熱部３１はヒートパイプ３５の放熱端を冷却させ、その冷却により放熱端では作動液が液化されて液化熱を生じ、同液化熱が放熱部３１に伝達されて、放熱部３１がその熱を放熱フィン３３を通じて放熱させるようになる。なお、ヒートパイプ３５は相対的に高い部分が放熱端、相対的に低い部分が吸熱端となることから、放熱部３１のパイプ取付け溝３２ａは、吸熱部３６のパイプ取付け溝３６ｇよりも相対的に高い位置に配置されるようになっている。

放熱フィン３３は、放熱部３１の表面積を増やして空気中への熱の放熱効率を向上させるためのものであり、基台部３２の上面において第２のアーム１５の旋回方向（矢印Ａ及び矢印Ｂの方向）に延びる壁状に突出形成されている。複数の放熱フィン３３は、それら放熱フィン３３のそれぞれの間に空気の流通される空間３４をそれぞれ有し、同空間３４がそこ流通される空気とその両側に配置される各放熱フィン３３との間の熱交換を促進させて、同放熱フィン３３からの放熱を促進させる。これにより、放熱部３１は、そこに蓄積される熱を効率よく空気中に放熱させることができるようになっている。

このことから、図２に示すように、例えば、第２のアーム１５の先端部が右方向（矢印Ａの方向）に旋回されるとき、放熱部３１はその各放熱フィン３３に左方向（白抜き矢印ａの方向）への気流を生じさせて、各空間３４には、右から左方向（白抜き矢印ａの方向）への空気が強制的に流通されるようになる。逆に、例えば、第２のアーム１５の先端部が左方向（矢印Ｂの方向）に旋回されるとき、放熱部３１はその各放熱フィン３３に右方向（白抜き矢印ｂの方向）への気流を生じさせて、各空間３４には、左から右方向（白抜き矢印ｂの方向）への空気が強制的に流通されるようになる。

通常、放熱フィン３３の放熱量は、その表面を流れる、すなわち空間３４を流れる空気の量の増加に伴い多くされる。また、旋回移動される第２のアーム１５は、軸心Ｃ２からの距離が離れるにつれて旋回方向に対する移動速度が増加するようになり、その先端部は移動速度がその基端部に比較して速くなり単位時間あたりに受ける空気の量も多くなる。そこで、本実施形態では、放熱部３１を支持軸１４の軸心Ｃ２から距離Ｌ２だけ離間した位置に配置させることにより、第２のアーム１５自身の旋回移動により放熱部３１の放熱効率が向上されるようにしている。すなわち、軸心Ｃ２から距離Ｌ２だけ離間された放熱部３１には、第２のアーム１５を旋回移動させる軸心Ｃ２の回転速度と軸心Ｃ２からの距離Ｌ２とに基づく旋回方向への移動速度に対応する気流が生じ、同気流に基づく多くの空気が放熱部３１の各放熱フィン３３（各空間３４）に流通されるようになる。

このことにより、放熱部３１に吸熱部３６からの熱が伝達された場合であれ、その伝達された熱は第２のアーム１５自身の旋回移動により放熱部３１から高い放熱効率により放熱されるようになる。

次に、放熱装置３０による第２のアーム１５の放熱効果について、図５を参照して説明する。図５は、第２モーターＭ２が所定のパターンで駆動された場合における第２のアーム１５の基端部の温度の時間変化を示すグラフである。

所定のパターンで駆動される第２モーターＭ２は、駆動の度に発熱し、図５に示すように、その熱が第２のアーム１５のアーム筐体２０の基端部やその周囲の空気に伝達されてそれらの温度を上昇させる。金属部材からなるアーム筐体２０は、熱伝導性を有するもの放熱効率を考慮して設計されていることは少なく、通常そこから自然に放熱される熱は少ない。また、第２モーターＭ２は周囲が熱伝導率の低い樹脂材料からなるアームカバー２１にて覆われているため空気への放熱もあまり期待できない。通常このような場合、第２のアーム１５（アーム筐体２０）の基端部の温度は、グラフＴ１に示すように時間経過とともに上昇していく。

そこで、本実施形態のように第２のアーム１５に放熱装置３０を設けた場合、第２モーターＭ２の熱がアーム筐体２０などを経由せず、放熱装置３０から直接放熱されるようになるので第２のアーム１５の温度上昇が軽減され、例えば、グラフＴ２に示すように、時間が経過してもその温度はグラフＴ１に示すよりも低く維持されるようになる。

このように、放熱部３１の放熱効率の高い位置への設置、第２モーターＭ２の熱の吸熱部３６への効率高い移動、そしてヒートパイプ３５による吸熱部３６の熱の放熱部３１へ効率の高い伝達をそれぞれ行えるような放熱装置３０を第２のアーム１５に設けるようにする。これにより、第２のアーム１５（アーム筐体２０）が、第２のアーム１５自身とそこに連結されている第２モーターＭ２のそれぞれの温度上昇を軽減されるようになる。

以上説明したように、本実施形態の放熱機能付き旋回型アームを用いる水平多関節型ロボットによれば以下のような効果を得ることができる。
（１）第２モーターＭ２の熱は、放熱装置３０の吸熱部３６に吸収されてから、ヒートパイプ３５により第２モーターＭ２よりも支持軸１４から離れている放熱部３１まで移動され、第２のアーム１５の旋回移動に伴い形成される強い気流に放熱部３１がさらされることにより放熱部３１から外部へ放熱されるようにした。これにより、第２のアーム１５に設けられている第２モーターＭ２の熱の放熱効率が高められるようになり、第２モーターＭ２としてもその温度上昇が軽減され、同第２モーターＭ２はその機能が温度上昇により規制されるようなおそれが低減される。すなわち第２のアーム１５を旋回駆動させる第２モーターＭ２は、その温度上昇の軽減によりその性能や寿命を維持するために予め定められている所定の温度範囲を超えがたくなり、同範囲を超えた場合に生じる回転速度や稼働時間の制限などの動作制限が生じがたくなる。すなわち、第２モーターＭ２にこのような放熱装置３０を採用することにより第２のアーム１５の動作の高速化や非稼働時間の短縮化が可能ともなる。

（２）放熱部３１を支持軸１４から距離Ｌ２だけ離れた位置に設けたことにより、旋回移動時に強い気流を受けるようになり単位時間に接する空気の量が増加されることに伴いその冷却能力が向上されるようになる。さらに放熱部３１は、第２モーターＭ２から離れた位置に配置されるようにもなることから同第２モーターＭ２からの熱があまり伝達されていない位置に配置されるようにもなり、周辺の温度差が大きいほど良くなる放熱効率を良い状態とされる放熱部から効率の良い放熱が行なわれるようにもなる。これによっても第２モーターＭ２の冷却能力（放熱効率）が高められるようになる。

（３）吸熱部３６と放熱部３１とを離間させることから第２のアーム１５における吸熱部３６及び放熱部３１の配置の自由度が高められ、小型化により各種機器の配置が高密度化されている第２のアーム１５であれ、第２のアーム１５におけるそれら機器の配置の自由度を維持しつつ放熱装置３０を配置させるスペースをも確保することができるようになる。

（４）放熱部３１には放熱フィン３３を設けて空気との接触面積が増大されるようにした。これにより同放熱部３１を通じての放熱効率が高められるようにもなり、第２モーターＭ２の温度上昇が軽減されるようになる。

（５）第２のアーム１５が旋回移動されるときに同旋回移動に伴い第２のアーム１５周辺に生じる気流が放熱部３１の各放熱フィン３３と各放熱フィン３３との間のそれぞれの空間３４にも流入し、それら空間３４を流通するようにした。これにより、放熱部３１の各放熱フィン３３の側面には多くの空気が流れるようになり、各放熱フィン３３の側面が単位時間に接する空気の量が増加することから放熱部３１による放熱効率が高められるようになる。その結果、放熱部３１から放熱されている第２モーターＭ２の冷却性能が向上され、同第２モーターＭ２の温度上昇がより好適に軽減されるようになる。

（６）吸熱部３６に収容された熱が、熱伝達性能の高いヒートパイプ３５によって放熱部３１に速やかに移動されるようにした。これにより、放熱部３１の放熱能力を十分に活用することができるようになるに伴い、吸熱部３６の第２モーターＭ２に対する冷却能力がより向上されるようになる。その結果、第２モーターＭ２の放熱効率が高められるようになり、第２モーターＭ２の温度上昇が軽減され、温度上昇により生じる動作制限などの不都合が回避されるようになる。

（７）ヒートパイプ３５を用いることにより、吸熱部３６と放熱部３１との間の経路をその高い熱伝達性能を維持しつつ高い自由度にて選択することができるようになり、第２のアーム１５における吸熱部３６と放熱部３１の配置の自由度がより高められるようになる。

（８）ヒートパイプ３５を放熱部３１と吸熱部３６との間に高低差をもって設けるようにした。これにより、ヒートパイプ３５の放熱端にて放熱して液化される熱伝達物質としての作動液の吸熱端への還流が重力によっても行われるようになる。一般的にヒートパイプにおいては、放熱端にて放熱して液化される作動液が放熱端よりも低い位置に設けられる吸熱端へ毛細管現象により還流されるが、それに加えて重力による流れを確保することにより作動液の吸熱端へ還流がより迅速に行われるようになる。作動液の吸熱部３６側への迅速な還流は、ヒートパイプ３５による熱伝達能力を向上させることから、第２モーターＭ２の冷却能力がより向上され第２モーターＭ２の温度上昇が好適に抑制されるようになる。

尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、放熱装置３０は、一つの放熱部３１と、一つの吸熱部３６と、それら放熱部３１と吸熱部３６とを熱的に結合する一本のヒートパイプ３５より構成された。しかしこれに限らず、放熱装置は、吸熱部の熱を放熱部にヒートパイプにより伝達できる構造であれば、放熱部、吸熱部、又はヒートパイプの少なくともいずれか一つが複数であってもよい。

例えば、図６（ａ）に示すように、第２のアーム１５に設けられる一つの放熱部３１Ａと、第２モーターＭ２に結合された一つの吸熱部３６Ａとを、二つのヒートパイプ３５Ａ，３５Ｂにより熱的に結合させるようにしても良い。このようすれば、吸熱部３６Ａから放熱部３１Ａへより多くの熱が伝達されるようになる。また、第２のアーム１５内のスペース的な制約から径が大きく十分な熱伝達のできるヒートパイプの配設が難しい場合にも、配設可能な径が小さく伝達できる熱の少ないヒートパイプを複数設けて伝達できる熱の量を維持することができるようになる。

また、例えば、図６（ｂ）に示すように、第２のアーム１５に設けられる一つの放熱部３１Ｂと、第２モーターＭ２に結合された二つの吸熱部３６とを、一つのヒートパイプ３５Ｃにより熱的に結合させるようにしても良い。通常、ヒートパイプは相対的に下側になる部分が作動液の溜まる吸熱端として機能し、逆に相対的に上側になる部分が気化された作動液の滞留する放熱端として機能する。そこでヒートパイプ３５Ｃの一端を一の吸熱部３６に結合させ、先の一端とは異なる他端を先の吸熱部３６とは異なる他の吸熱部３６に結合させ、その中間部分を両端よりも高い位置の放熱部３１Ｂに結合させるようにしても、各吸熱部３６の熱が放熱部３１Ｂに効率よく移動されるようになる。

・上記実施形態では、放熱フィン３３を旋回方向に平行に延びる壁状の突部としたが、これに限らず、放熱フィンは、表面積の増加などにより放熱部の放熱量を多くすることができるのであれば、その他の構造でもよい。例えば、図７に示すように、放熱部４０はその基台部４０Ｂに棒状の突部としての放熱ピン４１が複数設けられてもよい。

この放熱部４０の各放熱ピン４１間に設けられた第２のアーム１５の旋回方向に平行な空間４２には、第２のアーム１５の旋回移動に伴い放熱部４０の形成する気流に基づく空気の流通が生じるようになり、第２のアーム１５が旋回移動される場合の放熱効率が高められるようになる。さらに、各放熱ピン４１の間に設けられる第２のアーム１５の長さ方向に平行な空間４３には、第２のアーム１５の旋回移動に伴い空間４２に流れる気流の回り込みによる空気の流れなどが生じてこれによっても放熱ピン４１から放熱が促進されるようになる。

・上記実施形態では、放熱部３１は、アームカバー２１の上面に設けられたが、これに限らず、放熱部は、アームの旋回移動により生じる気流により多くの空気が流通する場所であれば、アームの外面にて配置される場所はどこでもよい。

例えば、図８に示すように、放熱部５０は、アームカバー２１の側面の一方もしくは両方に設けられてもよい。これにより、放熱部５０の取付けスペースの確保が容易となるとともに、ヒートパイプ３５Ｄが放熱部５０に対して上向きの傾斜を有する態様であれば放熱部５０の取付け位置の自由度も高められる。

また、放熱部５１は、その一部がアームカバー２１から延出や突出されるなどアームカバー２１から離間されていてもよい。これにより、放熱部５１のアームカバー２１への取付けにかかる制約が緩和されるとともにその大きさの選択自由度が高められる。

さらに、放熱部５２は、アームカバー２１の最先端に設けられてもよい。第２のアーム１５の旋回移動のときにアームカバー２１の最先端は最も速く旋回方向に移動することから、そこに設けられる放熱部５２には多くの空気が流通されるようになり、高い放熱効率を得ることができるようになる。

・上記実施形態では、吸熱部３６は第２モーターＭ２に熱的に結合されたが、これに限らず、吸熱部はアームに設置されているその他の発熱体に熱的に結合されても良い。例えば、吸熱部はその他の発熱体として回転モーターＭ３や昇降モーターＭ４などに熱的に結合されて、それらモーターの発する熱を放熱部から放熱させるようにしてもよい。

・上記実施形態及び変更例では、各放熱部３１，４０には放熱フィン３３又は放熱ピン４１のいずれか一つのみが設けられていたが、これに限らず、放熱部には放熱フィンと放熱ピンとが適宜組み合わされて設けられてもよい。

・上記実施形態では、放熱フィン３３は壁状に形成されたが、これに限らず、放熱フィンにはその放熱フィンを横切るように切り欠き部が複数形成されてもよい。これにより切り欠き部の形成された部分には、放熱ピン４１と同様の空気が流通されるようになる。これにより、放熱部の各突部の空気との接触面積の増加や、空気の流通量の増加がされるようにもなる。

・上記実施形態では、放熱装置３０を第２のアーム１５に設けたが、これに限らず、放熱装置はその他のアームに設けられてもよい。これにより、このような放熱装置の採用可能性がさらに高められる。

・上記実施形態では、放熱部３１と吸熱部３６とはヒートパイプ３５より熱的に結合されたが、これに限らず、放熱部と吸熱部とはそれらの間で必要な量の熱の伝達が行えるのであれば、その他装置や部材、例えば高い熱伝導率を有する金属部材などが用いられてもよい。

１１…基台、１２…基台軸、１３…第１のアーム、１４…回転軸としての支持軸、１５…旋回型アームとしての第２のアーム、１６…上下回転軸、１６Ｂ…ボールねじナット、１６Ｓ…スプラインナット、１７…下端部、１９…配線ダクト、２０…アーム筐体、２１…アームカバー、３０…放熱装置、３１，３１Ａ，３１Ｂ…放熱部、３２…基台部、３２ａ…パイプ取付け溝、３３…放熱フィン、３４…空間、３５，３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ…ヒートパイプ、３５ｆ…外周面、３５ｉ…内壁、３６，３６Ａ…吸熱部、３６ｇ…パイプ取付け溝、３７…シート、４０…放熱部、４０Ｂ…基台部、４１…放熱ピン、４２，４３…空間、５０，５１，５２…放熱部、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３…軸心、Ｍ１…第１モーター、Ｍ２…第２モーター、Ｍ３…回転モーター、Ｍ４…昇降モーター。

本発明は、旋回移動されるアームを備える産業用機械などに採用されて発熱体から伝達
される熱を放熱する機能を有するアーム、及び前記アームを備えるロボットに関する。

Claims

回転軸を中心として水平旋回するアームに設置された発熱体と熱的に結合される吸熱部と、該吸熱部に熱的に結合された熱伝達装置を介してこの吸熱された熱を前記アームの外部に放熱させる放熱部とを備え、
前記放熱部は前記回転軸に対して前記発熱体よりも離れた位置に配置され、前記アームの旋回方向から受ける空気に基づいてその周囲に気流を形成しつつ、この形成した気流によって前記吸熱部から伝達される熱を放熱する
ことを特徴とする放熱装置付き旋回型アーム。
前記放熱部はこれを支持する基台部が前記アームの外面に沿うかたちに配設され、該基台部には、前記アームの外面に沿ってその外方向に壁状に伸びる複数の突部が設けられている
請求項１に記載の放熱装置付き旋回型アーム。
前記複数の突部のうちの一の突部と該一の突部に隣接する他の突部との間に形成されている空間が前記アームの旋回方向へ開かれるかたちで前記放熱部の基台部に配置されている
請求項２に記載の放熱装置付き旋回型アーム。
前記複数の突部には、それら突部に交差する態様で複数の切り欠き部が形成されている
請求項２又は３に記載の放熱装置付き旋回型アーム。
前記熱伝達装置がヒートパイプである
請求項１〜４のいずれか一項に記載の放熱装置付き旋回型アーム。
前記放熱部は前記アーム内において前記吸熱部よりも上方に位置して設けられており、前記ヒートパイプは、これら放熱部と吸熱部との間に高低差をもって設けられる
請求項５に記載の放熱装置付き旋回型アーム。
複数のアームが回転軸を介して水平連結された水平多関節型ロボットであって、
前記複数のアームのうちの少なくとも一つのアームを、請求項１〜６のいずれか一項に記載の放熱装置付き旋回型アームとした
ことを特徴とする水平多関節型ロボット。