JP2016156408A - 回転軸駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石を用いた小型で汎用性に優れるアシスト機構を組み込んだ回転軸駆動装置を提供する。
【解決手段】アシスト機構10は、軸支持機構に固定された環状の第１支持部材11に周方向に間欠的に並べて保持され且つ磁界の方向を回転軸の軸心と直交方向に向けた複数の第１永久磁石13と、第１永久磁石13の内周側において、回転軸に固定された環状の第２支持部材12に周方向に間欠的に並べて保持され且つ磁界の方向を回転軸の軸心と直交方向に向けた複数の第２永久磁石14とを備え、第１永久磁石13と第２永久磁石14は、軸心と直交方向に接近状態で対向可能に配設される。アシスト機構10は、回転駆動手段により、正転方向と逆転方向の少なくとも一方に設定角度回転させる際に、第１永久磁石13と第２永久磁石14の磁力により回転駆動手段の負荷を軽減するアシストトルクを発生させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、回転軸駆動装置に関し、特に永久磁石の磁力により回転軸駆動手段の負荷を軽減するアシストトルクを発生させるアシスト機構を設けたものに関する。

軸支持機構に回転軸を回転可能に支持し、回転軸にアーム部材等の被駆動部材の一端部材を連結し、回転駆動手段により回転軸を回転させることで、被駆動部材を回転軸の回りに揺動駆動する回転軸駆動装置が、種々の機械装置に組み込まれている。被駆動部材の慣性モーメントが大きくなる場合には、通常は回転軸駆動装置を大型にするが、大型の回転軸駆動装置を採用しても、回転駆動の高速化を図ることが困難になる。特に、被駆動部材及びそれに付属する付属部材の自重に起因する負荷が作用する場合、回転軸駆動装置は、上記の自重に起因する負荷に抗して回転軸を回転駆動する必要もある。そこで、回転軸駆動装置の高速化及び／又は小型化を図るため、回転軸駆動装置の負荷の一部を軽減するアシスト手段を組み込む技術は公知である。

特許文献１に記載のインデクサー装置においては、テーブルユニットを回転させる回転軸にほぼ楕円形のカム板を取り付け、軸支持機構に装備したガススプリングの出力ロッドの先端のローラをカム板の外周面に当接させ、テーブルユニットが最下位置から上方へ揺動する際に、ガススプリングによりアシストトルクを発生させる。

特許文献２に多関節ロボットにおいては、下部アーム（被駆動部材）の下端部を回転させる回転軸にガススプリングの一端を連結し、下部アームを上方へ揺動駆動する際に、ガススプリングによりアシストトルクを発生させる。
特許文献３の図１、図２に記載のロボットにおいては、スプリングユニットによってアシストトルクを発生させるように構成されている。

特開２０１３−３２８２７号公報 特開２０１４−１９５８４９号公報 特許第３６１４３８３号公報

ガススプリングによりアシストトルクを発生させるアシスト機構では、ガススプリングの全長が大きく、ガススプリングを回転軸駆動装置の内部に組み込むことができないため、回転軸駆動装置が大型化する。多関節ロボット等においては、複数のアーム部材を備えているが、回転軸駆動装置が大型化するため、例えば、下部アームを回転駆動する回転軸駆動部のようなごく一部の回転軸駆動部にしかアシスト機構を採用することができない。このことは、スプリングユニットからなるアシスト機構についても同様である。

本発明の目的は、永久磁石を活用した小型で汎用性に優れるアシスト機構を組み込んだ回転軸駆動装置を提供することである。

本発明（請求項１）の回転軸駆動装置は、回転軸と、この回転軸を回転自在に支持する軸支持機構と、前記回転軸を正転方向と逆転方向に回転駆動可能な回転駆動手段と、前記回転軸によりこの回転軸を中心として揺動駆動される被駆動部材とを有する回転軸駆動装置において、前記軸支持機構に固定され且つ前記回転軸の外周側に配設された環状の第１支持部材と、前記回転軸に固定され且つ前記回転軸の外周側に配設された環状の第２支持部材と、前記第１支持部材に周方向に間欠的に並べて保持され且つ磁界の方向を回転軸の軸心と直交方向に向けた複数の第１永久磁石と、前記複数の第１永久磁石の内周側において前記第２支持部材に周方向に間欠的に並べて保持され且つ磁界の方向を回転軸の軸心と直交方向に向けた複数の第２永久磁石とを備えたアシスト機構を設け、前記複数の第１永久磁石と複数の第２永久磁石は、前記軸心と直交方向に接近状態で対向可能に配設され、
前記アシスト機構は、前記回転駆動手段により前記回転軸を予め設定された設定回転位置から正転方向と逆転方向の少なくとも一方に設定角度回転させる際に、前記複数の第１永久磁石と複数の第２永久磁石の磁力により回転駆動手段の負荷を軽減するアシストトルクを発生させるように構成されたことを特徴としている。

請求項２の回転軸駆動装置は、請求項１の発明において、複数の第１，第２永久磁石において、周方向に隣接する各対の永久磁石の磁界の方向は逆向きに設定されていることを特徴としている。

請求項３の回転軸駆動装置は、請求項１又は２の発明において、前記第１支持部材は、前記複数の第１，第２永久磁石の前記軸心方向一端側に配設された非磁性材料製の第１環状基板と、前記第１，第２永久磁石の外周側に位置する磁性材料製の環状部材と、隣接する１又は複数対の第１永久磁石の間に装着された非磁性材料製の１又は複数の第１磁石保持部材とを有し、前記第２支持部材は、前記複数の第１，第２永久磁石の前記軸心方向他端側に配設された非磁性材料製の第２環状基板と、前記第１，第２永久磁石の内周側に配設され且つ前記回転軸に外嵌状に固定された磁性材料製の筒部材と、隣接する１又は複数対の第２永久磁石の間に装着された非磁性材料製の１又は複数の第２磁石保持部材とを有することを特徴としている。

請求項４の回転軸駆動装置は、請求項１又は２の発明において、前記複数の第１，第２永久磁石は、夫々、周方向４等分位置に配設された４つの永久磁石であり、第１，第２永久磁石の各々は回転軸の軸心に対する開角が５０〜６０度の部分円筒形状に形成されたことを特徴としている。

請求項５の回転軸駆動装置は、請求項１又は２の発明において、前記複数の第１，第２永久磁石は、夫々、周方向６等分位置に配設された６つの永久磁石であり、第１，第２永久磁石の各々は回転軸の軸心に対する開角が４０〜４５度の部分円筒形状に形成されたことを特徴としている。

請求項６の回転軸駆動装置は、請求項１又は２の発明において、前記複数の第１，第２永久磁石は、夫々、周方向の３等分位置のうちの２位置に配設された２つの永久磁石であり、第１，第２永久磁石の各々は回転軸の軸心に対する開角が８０〜１００度の部分円筒形状に形成されたことを特徴としている。

請求項７の回転軸駆動装置は、請求項６の発明において、前記軸心に対して前記第１，第２永久磁石と反対側において、前記１対の永久磁石の周方向端部同士間のうちの、前記回転軸が回転する際に第２永久磁石と対向する部分に、部分円筒形の第１磁路形成部材が組み込まれ、前記軸心に対して前記第１，第２永久磁石と反対側において、前記２対の永久磁石の周方向端部同士間のうちの、前記回転軸が回転する際に第１永久磁石と対向する部分に、部分円筒形の第２磁路形成部材が組み込まれたことを特徴としている。

請求項８の回転軸駆動装置は、請求項１又は２の発明において、前記回転軸は、ロボットの関節部に装備された回転軸であり、前記被駆動部材は前記ロボットのアーム部材であることを特徴としている。

請求項９の回転軸駆動装置は、請求項１又は２の発明において、前記回転軸は、インデクサー装置の枢支軸であり、前記被駆動部材はインデクサー装置のテーブルユニットであることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、課題解手段の欄に記載した構成を有するため、前記回転軸が設定回転位置（例えば、被駆動部材及びそれに支持されたワーク等の回転方向の位置エネルギが最小となるホームポジション回転位置）にある場合に、複数の第１永久磁石と複数の第２永久磁石とが夫々対向し、複数の第１永久磁石の磁界方向と複数の第２永久磁石の磁界の方向が対向（逆向き）状態になるように設定しておくものとする。その設定回転位置から回転軸を正転方向と逆転方向の少なくとも一方へ回転させると、回転軸により被駆動部材が上方へ揺動駆動され、回転駆動手段の負荷が大きくなる。このとき、アシスト機構は、複数の第１永久磁石と複数の第２永久磁石の磁力（吸引力及び／又は反発力）で、回転駆動手段の負荷を軽減するアシストトルクを発生させるため、回転駆動手段の小型化を図ることができ、回転軸の回転動作の高速化を図ることができる。

複数の第１，第２永久磁石でもってアシストトルクを発生させるアシスト機構は、小型のものに構成できるため、複数の第１，第２永久磁石を含むアシスト機構を回転軸駆動装置の回転軸の外周側周辺部に組み込みことが可能である。そのため、例えば、多関節ロボットの複数の関節部の各々の回転軸駆動装置等にも採用可能になる等、汎用性に優れる。
尚、設定回転位置は、ホームポジション回転位置に限るものではなく、所望の回転位置
に設定可能である。

請求項２の発明によれば、複数の第１，第２永久磁石において、周方向に隣接する各対の永久磁石の磁界の方向は逆向きに設定されているため、第１，第２永久磁石の吸引力と反発力によりアシストトルクを発生することができる。

請求項３の発明によれば、前記第１支持部材は、非磁性材料製の第１環状基板と、磁性材料製の環状部材と、非磁性材料製の複数の第１磁石保持部材とを有し、前記第２支持部材は、非磁性材料製の第２環状基板と、磁性材料製の筒部材と、非磁性材料製の複数の第２磁石保持部材とを有するため、アシストトルクの発生に有利な磁路を形成することができる。

請求項４の発明によれば、回転軸が設定回転位置から正転方向及び逆転方向へ約９０°回転するまでアシストトルクを発生させることができる。
請求項５の発明によれば、回転軸が設定回転位置から正転方向及び逆転方向へ約４５°回転するまでアシストトルクを発生させることができる。

請求項６の発明によれば、回転軸が設定回転位置から正転方向又は逆転方向へ約１２０°回転するまでアシストトルクを発生させることができる。
請求項７の発明によれば、アシストトルクを発生させる際に、閉ループ状の磁路を確実に形成することができる。

請求項８の発明によれば、ロボットの関節部の回転軸を回転駆動手段で回転駆動してアーム部材（被駆動部材）を揺動駆動する際にアシストトルクを発生させることができる。
請求項９の発明によれば、インデクサー装置のテーブルユニットを最下位置から上方へ揺動させる際に、アシストトルクを発生させることができる。

本発明の実施例１に係るインデクサー装置の正面図である。 インデクサー装置の回転駆動機構の周辺部の縦断面図である。 アシスト機構の斜視図である。 アシスト機構の左側面図である。 アシスト機構の縦断面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。 設定回転位置のときのアシスト機構の磁界の状態を説明する説明図である。 アシストトルク発生時の磁路を説明する説明図である。 アシスト終了状態のときの磁路を説明する説明図である。 実施例２に係る多関節ロボットの要部の正面図である。 実施例２の第１アシスト機構の図６相当図である。 実施例２の第２アシスト機構の図６相当図である。

本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する

本実施例は、工作機械により機械加工を施すワークを着脱自在に装着するインデクサー装置に、本願特有のアシスト機構を含む回転軸駆動装置を適用した場合の一例である。以下、図１における上下左右方向を上下左右方向として説明する。

図１に示すように、インデクサー装置１は、テーブルユニット２、テーブルユニット２上に旋回可能に装備されたターンテーブル３、テーブルユニット２に固定された左右１対の回転軸（枢支軸）２ａ，２ｂ、回転軸２ａを回転自在に支持する左軸支持機構３、回転軸２ｂを回動自在に支持する右軸支持機構４、テーブルユニット２と回転軸２ａ，２ｂを水平な回転軸心Ａ回りに揺動駆動（回転駆動）する電動モータ５ａを有する回動駆動機構５、テーブルユニット２を最下位置から上方へ揺動させる際にアシストトルクを発生させるアシスト機構１０などを備えている。

ここで、テーブルユニット２が「被駆動部材」に相当し、テーブルユニット２と、回転軸２ａ，２ｂと、左右の軸支持機構３，４と、回動駆動機構５と、アシスト機構１０とが本発明の「回転軸駆動装置」に相当する。

図１〜図３に示すように、回動駆動機構５は右軸支持機構４に設けられ、この回動駆動機構５から回転軸２ｂに駆動力が入力されて、テーブルユニット２が回動駆動される。この回動駆動機構５は、回転軸２ｂに固定されたウォームホイール５ｂと、このウォームホイール５ｂに噛合した鉛直姿勢のウォームギヤ５ｃと、このウォームギヤ５ｃを回転駆動可能な電動サーボモータ５ａとで構成されている。

テーブルユニット２のテーブル本体２ｃには、図１の旋回軸心Ｂ回りに旋回可能なターンテーブル３と、その回転駆動機構（図示略）が設けられ、このターンテーブル３にワークＷが着脱自在に装着され、ワークＷに機械加工が施される。

ここで、テーブルユニット２は、回転軸２ａの右端部に一体的に連結されて回転軸２ａの軸心Ａと直交する下方へ所定長さ延びる左腕部２ｄと、回転軸２ｂの左端部に一体的に連結されて回転軸２ｂの軸心Ａと直交する下方へ所定長さ延びる右腕部２ｅと、テーブル本体２ｃとを備え、テーブル本体２ｃの左右の端部は左右の腕部２ｄ，２ｅの下端部に一体的に連結されている。図１に示すように、テーブル本体２ｃが最下位置に水平姿勢に位置する状態が、テーブルユニット２のホームポジションであり、このホームポジションのとき回転軸２ａ，２ｂもホームポジション回転位置になる。本実施例では、上記のホームポジションに対応する回転軸２ａ，２ｂの回転位置が予め設定された「設定回転位置」に相当する。

図１、図４〜図６に示すように、アシスト機構１０は、左側の回転軸２ａにアシストトルクを付与するように組み込まれている。このアシスト機構１０は、回転軸２ａの外周側に配設された環状の第１支持部材１１と、回転軸２ａの外周側に配設された環状の第２支持部材１２と、第１支持部材１１に周方向に間欠的に並べて保持された複数（本実施例では４つ）の第１永久磁石１３と、第２支持部材１２に周方向に間欠的に並べて保持された複数（本実施例では４つ）の第２永久磁石１４とを備えている。

複数の第１，第２永久磁石１３，１４において、夫々、周方向に隣接する各対の永久磁石の磁界の方向は逆向きに設定されている。
複数の第１，第２永久磁石１３，１４は、夫々、周方向４等分位置に配設された４つの永久磁石であり、第１，第２永久磁石１３，１４の各々は回転軸２ａの軸心Ａに対する開角が５０〜６０°（本実施例では６０°）の部分円筒形状に形成されている。

第１支持部材１１は、回転軸２ａの軸心Ａと直交する面と平行な非磁性材料（例えば、オーステナイト系ステンレス鋼）製の第１環状基板１１ａと、第１，第２永久磁石１３，１４及び第２支持部材１２の外周側に位置する磁性材料製の環状部材１１ｂと、この環状部材１１ｂと一体形成され且つ第１環状基板１１ａの外面に当接状に配設された環状板部
１１ｃと、隣接する４対の第１永久磁石１３の間に夫々装着された非磁性材料製の４つの第１磁石保持部材１１ｄを備えている。

第１環状基板１１ａの内周側端部には環状板部１１ｃの内周面を支持する筒部１１ｅが一体形成され、この筒部１１ｅは回転軸２ａに外嵌された環状のベアリング６に外嵌されている。尚、ベアリング６の内周面と外周にはオイル溝が形成されている。
環状部材１１ｂは、複数のボルト穴１１ｆを介して軸支持機構３の縦壁部材３ａ（静止部材）に４つのボルト７で固定され、第１環状基板１１ａは環状板部１１ｃに複数のボルト（図示略）により固定されている。

第２支持部材１２は、回転軸２ａの軸心Ａと直交する面と平行な非磁性材料製の第２環状基板１２ａと、第１，第２永久磁石１３，１４の内周側に配設され且つ回転軸２ａに外嵌して固定された磁性材料製の筒部材１２ｂと、この筒部材１２ｂと一体形成されて第２環状基板１２ａの外面に当接した環状板部１２ｃと、隣接する４対の第２永久磁石１４の間に夫々装着された４つの第２磁石保持部材１２ｄとを備えている。第２環状基板１２ａの外周側端部には、環状部材１１ｂに内嵌され且つ環状板部１２ｃに外嵌された筒部１２ｅが一体形成されている。

筒部材１２ｂの左半部の内周部には、左方程大径化するテーパ穴７が形成され、回転軸２ａの外周面とテーパ穴７との間に環状楔部材８を嵌入することで、筒部材１２ｂが回転軸２ａに固定されている。尚、環状楔部材８は複数のボルト８ａで筒部材１２ｂに固定されている。

図５、図６に示すように、第１永久磁石１３と第２環状基板１２ａとの間には微小隙間１９が形成され、第２永久磁石１４と第１環状基板１１ａとの間には微小隙間２０が形成されている。第１永久磁石１３の右端面は第１環状基板１１ａに当接している。
第１磁石保持部材１１ｄの内径側１／２部分には、周方向幅を拡大した１対の規制段部１１ｇが形成され、第１永久磁石１３の周方向端部には規制段部１１ｇに係合する係合段部１３ａが形成されている。第１磁石保持部材１１ｄの１対の規制段部１１ｇをその両側の係合段部１３ａに係合させた状態で、第１磁石保持部材１１ｄが第１永久磁石１３を保持した状態でボルト２１により環状部材１１ｂの内周面に固定されている。

第２永久磁石１４の左端面は第２環状基板１２ａに当接している。第２磁石保持部材 １２ｄの外径側１／２部分には、周方向幅を拡大した１対の規制段部１２ｇが形成され、第２永久磁石１４の周方向端部には規制段部１２ｇに係合する係合段部１４ａが形成されている。第２磁石保持部材１２ｄの１対の規制段部１２ｇをその両側の係合段部１４ａに係合させた状態で、第２磁石保持部材１２ｄが第２永久磁石１４を保持した状態でボルト２２により筒部材１２ｂの外周面に固定されている。尚、第１永久磁石１３の内周面と、第２永久磁石１４の外周面との間には、微小隙間（例えば、０．１〜０．２ｍｍの隙間）が形成されている。

図６は、回転軸２ａが予め設定された設定回転位置（例えば、テーブルユニット２とターンテーブル３とワークＷ等の位置エネルギが最小となるホームポジション）にあるときの第１，第２永久磁石１３，１４の磁極の一例を示している。このとき、４対の第１，第２永久磁石１３，１４が夫々径方向に相対向しており、各対の第１永久磁石１３の磁界の方向と第２永久磁石１４の磁界の方向が逆向きになっている。

次に、以上説明したアシスト機構１０を含む回転軸駆動機構の作用、効果について説明する。図７は、テーブルユニット２がホームポジションで、回転軸２ａ，２ｂが設定回転位置にある状態を示す。テーブルユニット２とターンテーブル３とワークＷ等の自重が作用するため、テーブルユニット２がホームポジションで安定している。この状態では、対向関係に位置する各対の第１，第２永久磁石１３，１４の磁界の方向が逆向きであるため、閉ループ状の磁路が形成されず、アシストトルクは発生していない。

次に、図８に示すように、回転駆動機構５により回転軸２ａ，２ｂを例えば正転方向（図８の矢印Ｒ方向）へ回転させ始めると、４つの第１永久磁石１３に対して４つの第２永久磁石１４が相対的に回転し、図示のような閉ループ状の磁路が形成されるため、４つの第１永久磁石１３と４つの第２永久磁石１４との間に作用する吸引力及び反発力によってアシストトルクＴが発生する。

即ち、各対の第１，第２永久磁石１３ａ，１４ｄ；１３ｂ，１４ａ；１３ｃ，１４ｂ；１３ｄ，１４ｃには吸引力が作用し、各対の第１，第２永久磁石１３ａ，１４ａ；１３ｂ，１４ｂ；１３ｃ，１４ｃ；１３ｄ，１４ｄには反発力が作用する。その結果、回転駆動機構５の負荷を軽減するアシストトルクＴであって、図８の矢印Ｔで示すようなアシストトルクＴが発生する。このアシストトルクＴは、回転軸２ａ，２ｂが９０°回転する間作用し、このアシストトルクＴの大きさは、第１，第２永久磁石１３，１４で発生する磁界の強度に依存する。

本実施例の場合、回転軸２ａの回転角が増すと、第１，第２永久磁石１３，１４間の反発力が減少する一方、第１，第２永久磁石１３，１４間の吸引力が増大するけれども、反発力の減少よりも吸引力の増大の方が大きいため、アシストトルクＴの大きさは、回転軸２ａが９０°回転する間、回転角度の増大に応じて大きくなるものと推定される。

図９は、回転軸２ａ，２ｂが９０°回転した状態を示し、図示のような閉ループ状の磁路が形成され、回転軸２ａ，２ｂをそれ以上回転させるようなアシストトルクは発生しなくなる。しかし、回転軸２ａ，２ｂをその位置に保持する保持力は発生する。
尚、上記の説明は、回転軸２ａ，２ｂを例えば正転方向へ回転させる場合について説明したが、回転軸２ａ，２ｂを上記とは逆の逆転方向へ９０°回転させる場合も同様である。

以上のように、テーブルユニット２を上方へ揺動駆動する際、アシスト機構１０により
回転駆動機構５の負荷を軽減させるアシストトルクを発生させることができるため、回転駆動機構５の電動サーボモータ５ａを小型化し、消費電力の節減を図ることができるうえ、テーブルユニット２の揺動動作の高速化を図ることもできる。しかも、アシスト機構１０は左軸支持機構３の外部に大きく突出する部材を必要としないので小型に構成できるから、左軸支持機構３にコンパクトに組み込むことが可能である。

尚、非磁性材料製の第１，第２環状基板１１ａ，１２ａを組み込んだので、第１，第２環状基板１１ａ，１２ａの方へ磁界が漏洩するのを防止し、第１，第２永久磁石１３，１４と同じ面内に磁路を形成できるため、第１，第２永久磁石１３，１４の反発力と吸引力を増強する上で有利である。

本実施例では、回転軸２ａ，２ｂを９０°回転させる間、アシストトルクを発生するアシスト機構１０を採用したが、複数の第１，第２永久磁石１３，１４の数やサイズを適宜設定すれば、回転軸２ａ，２ｂを例えば０〜１８０°の間の所望の角度回転させる際に回転駆動手段の負荷を軽減可能なアシストトルクを発生させることができるため、このアシスト機構１０は汎用性に優れ、回転駆動機構で回転駆動される回転軸により被駆動部材を回転軸を中心として揺動駆動（回転駆動）する種々の回転軸駆動装置に適用することができ、汎用性に優れる。

この実施例２は、多関節ロボット３０（多関節マニュプュレータ）の関節部の回転軸を回転駆動する回転軸駆動装置に本発明を適用した例であり、図１０〜図１２に基づいて説明する。

図１０に示すように、多関節ロボット３０は、基台３１と、この基台３１の上に鉛直軸心回りに回転可能に装備された旋回台３２と、この旋回台３２の枢支板部３２ａに第１関節部３３を介して支持された下部アーム３４と、この下部アーム３４の上端部分に第２関節部３５を介して支持された上部アーム３６と、この上部アーム３６の先端側に装備されたハンド回転機構及びハンド機構（図示略）と、旋回台３２を回転駆動可能な旋回台駆動機構（図示略）と、第１関節部３３に装備されて下部アーム３４を揺動駆動する第１サーボモータ３７（電動モータ）を含む第１回転駆動機構と、第１関節部３３に装備された第１アシスト機構４０と、第２関節部３５に装備されて上部アーム３６を揺動駆動する第２サーボモータ３８（電動モータ）を含む第２回転駆動機構と、第２関節部３５に装備された第２アシスト機構５０とを備えている。

第１サーボモータ３７は枢支板部３２ａに固定されて第１回転軸３３ａを回転駆動可能である。第１回転軸３３ａは枢支板部３２ａを含む軸支持機構に回転自在に支持され、下部アーム３４の下端部分が第１回転軸３３ａに固定され、下部アーム３４は第１回転軸３３ａを中心として揺動駆動される。第２電動モータ３８は下部アーム３４の上端部分の枢支板部３４ａに固定されて第２回転軸３５ａを回転駆動可能である。第２回転軸３５ａは枢支板部３４ａを含む軸支持機構に回転自在に支持され、上部アーム３６の基端部分が第２回転軸３５ａに固定され、上部アーム３６は第２回転軸３５ａを中心として揺動駆動される。

図１０、図１１に示すように、第１アシスト機構４０は、下部アーム３４を所定のホームポジション（例えば、下方へ最大限傾けた位置）から上方へ設定角度（本実施例では、約１２０°）揺動駆動する際に、即ち、第１回転軸３３ａを予め設定した設定回転位置から例えば正転方向（図１１の矢印Ｆの方向）へ設定角度（本実施例では、約１２０°）回転させる際に、第１サーボモータ３７の負荷を軽減するアシストトルクを発生するものである。

第１アシスト機構４０は、第１，第２永久磁石４２，４４のサイズと数および第１，第２磁石保持部材４１ｄ〜４１ｆ，４４ｄ〜４４ｆのサイズと数を除いて、前記実施例１のアシスト機構１０と同様の構成であるので簡単に説明する。
第１アシスト機構４０は、枢支板部３２ａに固定された第１支持部材４１と、この第１支持部材４１に保持された部分円筒形の２つの第１永久磁石４２と、第１回転軸３３ａ及び下部アーム３４の基端部分に固定された第２支持部材４３と、この第２支持部材４３に保持された部分円筒形の２つの第２永久磁石４４と、磁路形成部材４１ｇ，４４ｇとを備えている。

第１支持部材４１は、非磁性材料製の第１環状基板（図示略）と、磁性材料製の環状部材４１ｂと、この環状部材４１ｂと一体形成されて第１環状基板の外面に当接された環状板部（図示略）と、２つの第１永久磁石４２ａ，４２ｂの間において環状部材４１ｂに固定された非磁性材料製の１つの第１磁石保持部材４１ｄと、第１永久磁石４２ａに対して第１磁石保持部材４１ｄと反対側の端部近傍部において環状部材４１ｂに固定された非磁性材料製の１つの第１磁石保持部材４１ｅと、第１永久磁石４２ｂに対して第１磁石保持部材４１ｄと反対側の端部近傍部において環状部材４１ｂに固定された非磁性材料製の１つの第１磁石保持部材４１ｆとを備えている。

２つの第１永久磁石４２ａ，４２ｂは、円周３等分位置の２つの位置に配置され、第１永久磁石４２の第１回転軸３３ａの軸心Ｇに対する開角は８０°〜１００°（本実施例では１００°）である。２つの第１永久磁石４２ａ，４２ｂの磁界の方向は逆向きに設定されている。

第１永久磁石４２ａの一端から第１永久磁石４２ｂの一端までは周方向に例えば２０°離隔し、第１永久磁石４２ａの他端から第１永久磁石４２ｂの他端までは周方向に例えば１４０°離隔している。第１磁石保持部材４１ｄ〜４１ｆは開角２０°に対応する部分円筒形であり、夫々ボルト４５により環状部材４１ｂに固定されている。第１磁石保持部材４１ｄ，４１ｅにより第１永久磁石４２ａが環状部材４１ｂに固定され、第１磁石保持部材４１ｄ，４１ｆにより第１永久磁石４２ｂが環状部材４１ｂに固定されている。

第１磁石保持部材４１ｅ，４１ｆの間において、第１環状部材４１ｂの内周側には部分円筒形の第１磁路形成部材４１ｇが装着され、ボルト４６で第１環状部材４１ｂに固定されている。即ち、第１回転軸３３ａの軸心Ｇに対して第１，第２永久磁石４２，４４の反対側において、１対の第１永久磁石４２ａ，４２ｂの周方向端部同士間のうちの、第１回転軸３３ａが回転する際に第２永久磁石４４と対向する部分に、部分円筒形の第１磁路形成部材４１ｇが組み込まれている。

第２支持部材４３は、非磁性材料製の第２環状基板（図示略）と、第１，第２永久磁石４２，４４の内周側において第１回転軸３３ａに固定された磁性材料製の筒部材４３ｂと、この筒部材４３ｂと一体形成されて第２環状基板の外面に当接した環状板部（図示略）と、２つの第２永久磁石４４ａ，４４ｂの間において筒部材４３ｂに固定された非磁性材料製の１つの第２磁石保持部材４３ｄと、第２永久磁石４４ａに対して第２磁石保持部材４３ｄと反対側の端部近傍部において環状部材４３ｂに固定された非磁性材料製の１つの第１磁石保持部材４３ｅと、第２永久磁石４４ｂに対して第２磁石保持部材４３ｄと反対側の端部近傍部において環状部材４３ｂに固定された非磁性材料製の１つの第２磁石保持部材４３ｆとを備えている。

２つの第２永久磁石４４ａ，４４ｂは、円周３等分位置の２つの位置に配置され、第２永久磁石４４の前記軸心Ｇに対する開角は８０°〜１００°（本実施例では１００°）である。

第２永久磁石４４ａの一端から第２永久磁石４４ｂの一端までは周方向に例えば２０°離隔し、第２永久磁石４４ａの他端から第２永久磁石４４ｂの他端までは周方向に例えば１４０°離隔している。２つの第２永久磁石４４ａ,４４ｂの磁界の方向は逆向きに設定されている。第２磁石保持部材４３ｄ〜４３ｆは開角２０°に対応する部分円筒形であり、夫々ボルト４７により筒部材４３ｂに固定されている。第２磁石保持部材４４ｄ，４４ｅにより第２永久磁石４４ａが筒部材４３ｂに固定され、第２磁石保持部材４４ｄ，４４ｆにより第２永久磁石４４ｂが筒部材４３ｂに固定されている。

下部アーム３４がホームポジションにあるとき、相対向する各組の第１，第２永久磁石４２ａ，４４ａ；４２ｂ，４４ｂの磁界の方向は逆向きである。

第２磁石保持部材４４ｅ，４４ｆの間において、筒部材４３ｂの外周側には部分円筒形の第２磁路形成部材４３ｇが装着され、ボルト４８により筒部材４３ｂに固定されている。即ち、第１回転軸３３ａの軸心Ｇに対して第１，第２永久磁石４２，４４の反対側において、１対の第２永久磁石４４ａ，４４ｂの周方向端部同士間のうちの、第１回転軸３３ａが回転する際に第１永久磁石４２と対向する部分に、部分円筒形の第２磁路形成部材４３ｇが組み込まれている。

図１０、図１２に示すように、第２アシスト機構５０は、第２サーボモータ３８により上部アーム３６を所定の回転停止位置から正転方向と逆転方向の少なくとも一方へ設定角度（本実施例では、約４５°）揺動駆動する際に、即ち、第２回転軸３５ａを予め設定した設定回転位置から正転方向と逆転方向の少なくとも一方へ設定角度（本実施例では、約４５°）回転させる際に、第２サーボモータ３８の負荷を軽減するアシストトルクを発生するものである。

第２シスト機構５０は、第１，第２永久磁石５２，５４のサイズと数及び第１，第２磁石保持部材５１ｃ，５３ｃのサイズと数を除いて、前記実施例１のアシスト機構１０と同様の構成であるので簡単に説明する。第２アシスト機構５０は、枢支板部３４ａに固定された第１支持部材５１と、この第１支持部材５１に保持された部分円筒形の６つの第１永久磁石５２と、第２回転軸３５ａ及び上部アーム３６の基端部分に固定された第２支持部材５３と、この第２支持部材５３に保持された部分円筒形の６つの第２永久磁石５４とを備えている。

第１支持部材５１は、非磁性材料製の第１環状基板（図示略）と、磁性材料製の環状部材５１ｂと、この環状部材５１ｂと一体形成されて第１環状基板の外面に当接した環状板部（図示略）と、隣接する６対の第１永久磁石５２の間に夫々装着された非磁性材料製の６つの第１磁石保持部材５１ｃとを備えている。尚、第１磁石保持部材５１ｃはボルト５５で環状部材５１ｂに固定されている。

６つの第１永久磁石５２ａ〜５２ｆは、円周６等分位置に配置され、第１永久磁石５２の回転軸３５ａの軸心Ｈに対する開角は４０〜４５°（本実施例では４５°）であり、隣接する第１永久磁石５２の石端部から端部までは例えば１５°離隔している。

第２支持部材５３は、非磁性材料製の第２環状基板（図示略）と、回転軸３５ａに外嵌して固定された筒部材５３ｂと、この筒部材５３ｂと一体形成されて第２環状基板の外面に固定された環状板部（図示略）と、６つの第２永久磁石５４の間において筒部材５３ｂに夫々固定された非磁性材料製の６つの第２磁石保持部材５３ｃとを備えている。尚、第２磁石保持部材５３ｃはボルト５６で筒部材５３ｂに固定されている。

６つの第２永久磁石５４ａ〜５４ｆは円周６等分位置に配置され、第２永久磁石５４の軸心Ｈに対する開角は４０°〜４５°（本実施例では４５°）である。尚、前記上部アーム３６が所定の回転停止位置（予め設定された設定回転位置）にあるとき、相対向する各組第１，第２永久磁石５２ａ，５４ａ；５２ｂ，５４ｂ；５２ｃ，５４ｃ；５２ｄ，５４ｄ；５２ｅ，５４ｅ；５２ｆ，５４ｆの磁界の方向は逆向きになっている。

以上説明した第１，第２アシスト機構４０，５０の作用について説明する。
多関節ロボット３０の下部アーム３４がホームポジションにあるとき、第１アシスト機構４０において、第１，第２永久磁石４２ａ，４４ａ；４２ｂ，４４ｂが相対向しているが、各組の第１，第２永久磁石４２ａ，４４ａ；４２ｂ，４４ｂの磁界の方向が逆向きになっているため、アシストトルクは発生しない。

第１サーボモータ３７により第１回転軸３３ａを設定回転位置から正転方向（例えば、図１１の矢印Ｆの方向）へ回転駆動して下部アーム３４を上方へ揺動させていくと、第１永久磁石４２ａと第２永久磁石４４ａ間に作用する反発力と、第１永久磁石４２ａと第２永久磁石４４ｂ間に作用する吸引力によって第１サーボモータ３７の負荷を軽減するようなアシストトルクが発生する。それ故、第１サーボモータ３７の小型化を図ると共に下部アーム３４の揺動動作の高速化を図ることができる。

尚、第１回転軸３３ａが設定回転位置から回転するとき、回転角度の増大に応じて第１永久磁石４２ａと第２永久磁石４４ａ間に作用する反発力が減少し、第１永久磁石４２ａと第２永久磁石４４ｂ間に作用する吸引力が増大するが、上記の反発力の減少よりも吸引力の増大が大きいため、回転角度の増大に応じてアシストトルクが大きくなるものと推定される。

第１回転軸３３ａが１２０°回転し、下部アーム３４が最下位置から上方へ１２０°揺動すると、第１永久磁石４２ｂと第２永久磁石４４ａが対向する状態になり、アシストトルクは発生しないが、下部アーム２４をその位置に保持する保持力は発生する。尚、下部アーム３４がホームポジションに復帰する際には、下部アーム３４とその付属物の重量に起因する重力が作用するため、上方へ揺動する場合のように第１サーボモータ３７の負荷は大きくならない。また、第１，第２磁路形成部材４１ｇ，４３ｇを組み込んだので、第１，第２永久磁石４２，４４と同平面内に閉ループ状の磁路を形成し、アシストトルクを強化する上で有利である。

下部アーム３４に対して上部アーム３６が所定の回転停止位置にある状態から、第２電動モータ３８で第２回転軸３５ａを回転させて、上部アーム３６を正転方向へ揺動させる際にも、逆転方向へ揺動させる際にも、実施例１のアシスト機構１０と同様に複数の第１，第２永久磁石４２，４４の反発力と吸引力により第２電動モータ３８の負荷を軽減するようなアシストトルクが発生する。

そのため、上部アーム３６の揺動動作の高速化を図ることが可能になる。第２回転軸３５ａが４５°回転すると、相対向する各組の第１，第２永久磁石５２，５４の磁界の方向が同方向となり、吸引力が作用するため、アシストトルクは発生しなくなり、その回転位置に第２回転軸３５ａを保持する保持力が作用するようになる。

次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
１）前記アシスト機構１０，４０，５０において、第１，第２永久磁石のサイズ、形状を異ならせてもよい。第１，第２永久磁石の形状は部分円筒形に限るものではなく、種々の形状の永久磁石を採用可能である。
２）前記アシスト機構４０において、アシストトルクを強化するために、第１磁路形成部材４１ｇの代わりに、第１永久磁石４２ａと同じ極性の部分円筒形の永久磁石を組み込んでもよい。
３）１つの回転軸駆動装置に１組のアシスト機構を組み込むとは限らず、軸心方向に位置を異ならせて複数組のアシスト機構を組み込み、それら複数組のアシスト機構で協働して同時に又は順々にアシストトルクを発生させることも可能である。

４）多関節ロボットの関節部以外の部分の回転軸駆動装置にアシスト機構を組み込むことも可能である。また、インデクサー装置や多関節ロボット以外の種々の機械装置の種々の回転軸駆動装置にアシスト機構を組み込むことも可能である。アシスト機構を組み込むことで、動作の高速化を図ることも可能である。特に、大型の駆動モータを必要とする場合、駆動モータを大型化するだけでは、動作の高速化を図ることが困難になるが、本発明のアシスト機構を組み込むことで、動作の高速化を図ることが可能になる。

５）その他、当業者ならば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で、本発明を実施することが可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

本発明は、種々の機械装置の種々の回転軸駆動装置に回転軸を回転させる際の負荷を軽減可能なアシスト機構を組み込んだ回転軸駆動装置を提供する。

１ インデクサー装置
２ テーブルユニット
２ａ，２ｂ，３３，３５ 回転軸
２ｄ，２ｅ 腕部
３ 軸支持機構
５ 回転駆動機構
１０，４０，５０ アシスト機構
１１，４１，５１ 第１支持部材
１２，４３，５３ 第２支持部材
１３，４２，５２ 第１永久磁石
１４，４４，５４ 第２永久磁石
１１ａ 第１環状基板
１１ｂ，４１ｂ，５１ｂ 環状部材
１１ｄ，４１ｄ，５１ｃ 第１磁石保持部材
１２ａ 第２環状基板
１２ｂ，４３ｂ，５３ｂ 筒部材
１２ｄ，４３ｄ，５３ｃ 第２磁石保持部材
３０ 多関節ロボット
３３，３５ 回転軸
３４，３６ アーム部材
３７，３８ 電動サーボモータ
４１ｇ，４３ｇ 磁路形成部材

Claims (9)

1. 回転軸と、この回転軸を回転自在に支持する軸支持機構と、前記回転軸を正転方向と逆転方向に回転駆動可能な回転駆動手段と、前記回転軸によりこの回転軸を中心として揺動駆動される被駆動部材とを有する回転軸駆動装置において、
   前記軸支持機構に固定され且つ前記回転軸の外周側に配設された環状の第１支持部材と、
   前記回転軸に固定され且つ前記回転軸の外周側に配設された環状の第２支持部材と、
   前記第１支持部材に周方向に間欠的に並べて保持され且つ磁界の方向を回転軸の軸心と直交方向に向けた複数の第１永久磁石と、
   前記複数の第１永久磁石の内周側において前記第２支持部材に周方向に間欠的に並べて保持され且つ磁界の方向を回転軸の軸心と直交方向に向けた複数の第２永久磁石とを備えたアシスト機構を設け、
   前記複数の第１永久磁石と複数の第２永久磁石は、前記軸心と直交方向に接近状態で対向可能に配設され、
   前記アシスト機構は、前記回転駆動手段により前記回転軸を予め設定された設定回転位置から正転方向と逆転方向の少なくとも一方に設定角度回転させる際に、前記複数の第１永久磁石と複数の第２永久磁石の磁力により回転駆動手段の負荷を軽減するアシストトルクを発生させるように構成されたことを特徴とする回転軸駆動装置。
2. 複数の第１，第２永久磁石において、周方向に隣接する各対の永久磁石の磁界の方向は逆向きに設定されていることを特徴とする請求項１に記載の回転軸駆動装置。
3. 前記第１支持部材は、前記複数の第１，第２永久磁石の前記軸心方向一端側に配設された非磁性材料製の第１環状基板と、前記第１，第２永久磁石の外周側に位置する磁性材料製の環状部材と、隣接する１又は複数対の第１永久磁石の間に装着された非磁性材料製の１又は複数の第１磁石保持部材とを有し、
   前記第２支持部材は、前記複数の第１，第２永久磁石の前記軸心方向他端側に配設された非磁性材料製の第２環状基板と、前記第１，第２永久磁石の内周側に配設され且つ前記回転軸に外嵌状に固定された磁性材料製の筒部材と、隣接する１又は複数対の第２永久磁石の間に装着された非磁性材料製の１又は複数の第２磁石保持部材とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転軸駆動装置。
4. 前記複数の第１，第２永久磁石は、夫々、周方向４等分位置に配設された４つの永久磁石であり、第１，第２永久磁石の各々は回転軸の軸心に対する開角が５０〜６０度の部分円筒形状に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転軸駆動装置。
5. 前記複数の第１，第２永久磁石は、夫々、周方向６等分位置に配設された６つの永久磁石であり、第１，第２永久磁石の各々は回転軸の軸心に対する開角が４０〜４５度の部分円筒形状に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転軸駆動装置。
6. 前記複数の第１，第２永久磁石は、夫々、周方向の３等分位置のうちの２位置に配設された２つの永久磁石であり、第１，第２永久磁石の各々は回転軸の軸心に対する開角が８０〜１００度の部分円筒形状に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転軸駆動装置。
7. 前記軸心に対して前記第１，第２永久磁石と反対側において、前記１対の永久磁石の周方向端部同士間のうちの、前記回転軸が回転する際に第２永久磁石と対向する部分に、部分円筒形の第１磁路形成部材が組み込まれ、
   前記軸心に対して前記第１，第２永久磁石と反対側において、前記２対の永久磁石の周方向端部同士間のうちの、前記回転軸が回転する際に第１永久磁石と対向する部分に、部分円筒形の第２磁路形成部材が組み込まれたことを特徴とする請求項６に記載の回転軸駆動装置。
8. 前記回転軸は、ロボットの関節部に装備された回転軸であり、前記被駆動部材は前記ロボットのアーム部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転軸駆動装置。
9. 前記回転軸は、インデクサー装置の枢支軸であり、前記被駆動部材はインデクサー装置のテーブルユニットであることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転軸駆動装置。