JP2020099300A

JP2020099300A - 弾性支持装置

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Publication number: JP2020099300A
Application number: JP2018241368A
Authority: JP
Inventors: 達哉海野; Tatsuya Unno
Original assignee: Mayekawa Manufacturing Co
Current assignee: Mayekawa Manufacturing Co
Priority date: 2018-12-25
Filing date: 2018-12-25
Publication date: 2020-07-02
Anticipated expiration: 2038-12-25
Also published as: ES2938731T3; CN113163776A; CA3103957A1; EP3794946A4; JP7270375B2; DK3794946T3; US20210239176A1; EP3794946B1; BR112020025517A2; CN113163776B; FI3794946T3; US11639743B2; EP3794946A1; CA3103957C; WO2020137402A1; PL3794946T3

Abstract

【課題】コンプライアンス機能を有する機械要素において、接触部を少なくし摩擦の影響を少なくすることで、装置のコンパクト化を可能にする。【解決手段】一実施形態に係る弾性支持装置は、第１磁石を含む第１部材と、第２磁石を含み前記第１部材に対して対向して配置され、外力を受けたとき前記第１部材に対して相対移動可能な第２部材と、を備え、前記第１磁石と前記第２磁石との間に働く磁力は、前記第２部材が外力を受けないとき前記第２部材を前記原位置に保持し、前記第２部材が外力を受けて移動したとき前記第２部材を原位置に復帰させるように働くように構成される。【選択図】図２

Description

本開示は、弾性支持装置に関する。

ある機械要素を定位置に常時留まらせ、一定以上の大きさの外力が機械要素に働くと、定位置から外力と同方向へ機械要素を逃し、外力が一定以下になると定位置に戻るコンプライアンス機能が必要な場合がある。例えば、多軸多関節アームの先端に取り付けられたツールで任意の軌跡をトレースする場合、外力によってツールが計画軌跡を逸脱する方向に押されたとき、外力に対向して押し戻そうとする反力を発生させ、外力がなくなれば、ツールが定位置に戻る機能が必要となる。
特許文献１には、食肉用家畜屠体の骨付き肉を切断して骨と肉を分離するカッタ機構において、ナイフを圧縮バネなどで弾性支持して上記機能を可能にすることが開示されている。

国際公開第２００８／０９６４６０号

一般的には、エアシリンダ、油圧シリンダ、モータなどの動力を使い、あるいは特許文献１のように、外部動力を使わない圧縮バネや錘などの手段でコンプライアンス機能を可能にしている。しかし、これらの手段は、摺動部など接触部が多く、該接触部の摩擦によって動力が浪費され、大きな動力が必要となるために、必然的に装置が大型化するという問題がある。また、外部動力を使わない圧縮バネや錘などの手段は、ガイドのブロックや圧縮バネの長さがコンプライアンスの動作方向に必要なので大きなスペースを必要とする。

一実施形態は、上記コンプライアンス機能を有する機械要素において、接触部を少なくし摩擦の影響を少なくすることで、装置のコンパクト化を可能にすることを目的とする。

（１）一実施形態に係る弾性支持装置は、
第１磁石を含む第１部材と、
第２磁石を含み前記第１部材に対して対向して配置され、外力を受けたとき前記第１部材に対して相対移動可能な第２部材と、
を備え、
前記第１磁石と前記第２磁石との間に働く磁力は、前記第２部材が外力を受けないとき、前記第２部材を前記原位置に保持し、前記第２部材が外力を受けて移動したとき、前記第２部材を原位置に復帰させるように働くように構成される。
ここで、「原位置」とは、第２部材に外力が付加されないときの第２部材の位置をいう。

上記（１）の構成において、第２部材に外力が付加されないときは、第１部材と第２部材間に働く磁力はバランスしているので、第２部材は原位置に保持される。第２部材に外力が付加され第２部材が移動すると、第２部材に働く磁力のバランスがくずれ、第２部材を原位置に戻すように働くため、第２部材は外力が付加されなくなると原位置に復帰する。磁力は第２部材に非接触で作用するので、磁力の伝達経路に摩擦は発生しない。従って、第２部材を移動させる動力を低減できると共に、バネ部材のように第２部材の動作方向にバネの長さ分だけスペースを必要としないため、装置構成をコンパクト化できる。また、磁力は非接触な付勢力であるので第２部材に作用する作用力は安定し、そのため、無負荷時は高精度で第２部材を原位置に保持できる。

（２）一実施形態では、前記（１）の構成において、
前記第１部材が形成する第１面と前記第２部材が形成する第２面とは互いに対向して配置され、
前記第１磁石は前記第１面に配置され、前記第２磁石は前記第２面に配置される。
上記（２）の構成によれば、第１磁石と第２磁石とは互いに対向して配置される面に配置されるため、互いに接近して配置できる。従って、両者から発生する磁力を両者間で有効に作用させ合うことができる。

（３）一実施形態では、前記（１）又は（２）の構成において、
前記第１磁石及び前記第２磁石は、前記原位置において異磁性極同士が向かい合うように配置され、前記第１磁石と前記第２磁石との間に吸引力が発生するように構成される。
上記（３）の構成によれば、第２部材に外力が付加されないとき、第２部材は第１部材との間に働く吸引力によって原位置に保持される。第２部材に外力が加わり原位置から移動したとき、第１部材との間に働く吸引力によって原位置に戻す磁力が働く。従って、第２部材に外力の付加がなくなった時、第２部材は原位置に復帰できる。

（４）一実施形態では、前記（３）の構成において、
前記第１磁石及び前記第２磁石の各々は、前記第２部材の移動方向に沿って間隔をおいて配置された複数の磁石で構成され、
前記第１磁石及び前記第２磁石を構成する複数の磁石は、前記第２部材の移動方向に沿って交互に異なる磁性極が相手方磁石に向かい合うように配置される。
上記（４）の構成によれば、第２部材に外力が付加されないとき、第２部材は第１部材との間に働く吸引力によって原位置に保持される。第２部材に外力が加わり原位置から移動したとき、個々の第２磁石は、移動方向上流側に設けられた第１磁石から吸引力を受けると共に、移動方向下流側に設けられた第１磁石から反発力を受ける。従って、第２部材に外力の付加がなくなった時、第２部材は速やかにかつ正確に原位置に復帰できる。

（５）一実施形態では、前記（１）又は（２）の構成において、
前記第１磁石の第１磁性極は前記第２部材側に向くように配置されると共に、前記第２磁石の前記第１磁性極は前記第１部材側に向くように配置され、
前記第２部材が前記原位置にあるときは前記第１部材と前記第２部材間に働く反発力はバランスされ、前記第２部材に働く外力によって前記第２部材が移動したとき、前記第１部材と前記第２部材間に前記第２部材を前記原位置に戻すように反発力が働くように構成される。ここで、第１磁石及び第２磁石の夫々の第１磁性極同士は、同一磁性極であることを意味する。
上記（５）の構成によれば、第２部材が原位置にあるとき、第２部材に働く反発力はバランスしているので、第２部材は原位置に保持される。第２部材に外力が付加され第２部材が移動したとき、該バランスがくずれ、第１部材と第２部材間に第２部材を原位置に戻すように反発力が発生するため、外力の付加がなくなった時、第２部材は原位置に復帰できる。

（６）一実施形態では、前記（５）の構成において、
前記第１磁石及び前記第２磁石の各々は、前記第２部材の移動方向に間隔をおいて配置された複数の磁石で構成され、
前記第１磁石を構成する前記複数の磁石の各々は、前記原位置において前記第２部材の前記移動方向に沿って前記第２磁石を構成する前記複数の磁石の間の中間位置に配置される。
上記（６）の構成によれば、第２部材が原位置にあるとき、第２部材の移動方向両側にある第１部材の反発力がバランスして第２部材は原位置に保持される。第２部材に外力が加わって第２部材が移動したとき、各磁石に作用する反発力のバランスがくずれ、第２部材を原位置に復帰させる力が発生する。従って、外力が加わらなくなったとき、第２部材は原位置に正確に復帰できる。

（７）一実施形態では、前記（１）〜（６）の何れかの構成において、
前記第１磁石及び前記第２磁石の少なくとも一方は永久磁石で構成される。
上記（７）の構成によれば、電磁石のように第１磁石又は第２磁石に電流を供給するケーブルが不要となる。従って、第１部材や第２部材の動きによって該ケーブルがこれらに絡まって、第２部材の自由な動きを阻害したり、該ケーブルの存在によって第２部材の移動量が制限されるおそれはない。

（８）一実施形態では、前記（１）〜（７）の何れかの構成において、
前記第１部材は、二重構造の内側軸及び外側軸の一方を構成すると共に、前記第２部材は前記内側軸又は前記外側軸の他方を構成し、
前記内側軸又は前記外側軸の一方は、前記内側軸又は前記外側軸の他方に対して前記内側軸及び前記外側軸の軸中心に回動可能に構成される。
上記（８）の構成によれば、第２部材の上記軸中心の揺動運動に対して付勢力によって第２部材を弾性的に支持し、かつ原位置に復帰させるコンプライアンス動作を行わせることができる。

（９）一実施形態では、前記（１）〜（８）の何れかの構成において、
前記第２部材は前記第１部材に対して相対的にスライド可能に構成される。
上記（９）の構成によれば、第２部材のスライド移動に対して付勢力によって第２部材を弾性的に支持し、かつ原位置に復帰させるコンプライアンス動作を行わせることができる。

（１０）一実施形態では、前記（９）の構成において、
前記第１部材は、二重構造の内側軸及び外側軸の一方を構成すると共に、前記第２部材は前記内側軸又は前記外側軸の他方を構成し、
前記内側軸又は前記外側軸の一方は、前記内側軸又は前記外側軸の他方に対して前記内側軸及び前記外側軸の軸方向に沿って移動可能に構成される。
上記（１０）の構成によれば、第１部材及び第２部材は、二重構造の内側軸及び外側軸で構成されるので、第２部材の軸方向の安定した平行移動が可能になると共に、内側軸と外側軸との対向面に配置する付勢力発生部の配置スペースを容易に確保できる。

（１１）一実施形態では、前記（１）〜（１０）の何れかの構成において、
前記第２部材は、被支持部を取り付けるためのアタッチメント部を含む。
上記（１１）の構成によれば、前記第２部材は、被支持部を取り付けるためのアタッチメント部を含むため、第２部材に取り付けられた被支持部をツールとして使うことで所望の作業を行うことができると共に、該ツールにコンプライアンス機能を与えることができる。

幾つかの実施形態によれば、コンプライアンス機能を有する機械要素において、機械要素間に働く摩擦を少なくでき、必要動力を低減できると共に、圧縮バネ方式のように圧縮バネの長さ分のスペースを必要としないので、装置のコンパクト化が可能になる。

一実施形態に係る弾性支持装置の正面視断面図である。図１中のＡ―Ａ線に沿う平面視断面図である。一実施形態に係る弾性支持装置の正面視断面図である。図３中のＢ−Ｂ線に沿う平面視断面図である。図３中のＢ−Ｂ線に沿う平面視断面図である。一実施形態に係る弾性支持装置の正面視断面図（図６Ａ中のＣ−Ｃ断面）である。一実施形態に係る弾性支持装置の平面視断面図である。一実施形態に係る弾性支持装置の平面視断面図（図５中のＤ−Ｄ断面）である。一実施形態に係る弾性支持装置の平面視断面図である。一実施形態に係る弾性支持装置の平面視断面図である。一実施形態に係る弾性支持装置の磁力線の分布図である。一実施形態に係る弾性支持装置の磁力線の分布図である。一実施形態に係る弾性支持装置の磁力線の分布図である。一実施形態に係る弾性支持装置の磁力線の分布図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１〜図７Ａ、図７Ｂは、幾つかの実施形態に係る弾性支持装置１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）を示す。これらの弾性支持装置１０（１０Ａ〜１０Ｄ）は、第１磁石１６を有する第１部材１２（１２Ａ、１２Ｂ）と、第２磁石１８を有し、第１部材１２に対向して配置された第２部材１４（１４Ａ、１４Ｂ）と、を備える。第２部材１４は、外力を受けて第１部材１２に対して相対移動可能に構成されている。第１磁石１６と第２磁石１８との間に働く磁力は、第２部材が外力Ｆ又は外力Ｆ’を受けないとき、第２部材１４を原位置に保持し、第２部材１４が外力Ｆ又は外力Ｆ’を受けて移動したとき、第２部材１４を原位置に復帰させるように働く。

第２部材１４に外力Ｆ又は外力Ｆ’が付加されないとき、第１部材１２と第２部材１４間に働く磁力はバランスしているので、第２部材１４は原位置に保持される。第２部材１４に外力Ｆ又は外力Ｆ’が付加され第２部材１４が矢印ａ方向へ移動すると、第２部材１４に働く磁力のバランスがくずれ、第２部材１４を原位置に戻すように働くため、第２部材１４は外力Ｆ又は外力Ｆ’が付加されなくなると原位置に復帰する。こうして、コンプライアンス機能を発揮できる。磁力は第２部材１４に非接触で作用するので、磁力の伝達経路に摩擦は発生しない。従って、第２部材１４を移動させる動力を低減できると共に、バネ部材のように第２部材１４の動作方向にバネの長さ分だけスペースを必要としないため、装置構成をコンパクト化できる。また、磁力は非接触な付勢力であるので第２部材１４に作用する作用力は安定し、そのため、無負荷時は高精度で第２部材１４を原位置に保持できる。

一実施形態では、各図に示すように、第２部材１４はアタッチメント部２２を取り付けるための被支持部２０が一体に設けられている。これによって、第２部材１４に取り付けられたアタッチメント部２２をツールとして使うことで所望の作業を行うことができると共に、該ツールにコンプライアンス機能を与えることができる。アタッチメント部２２がある一定方向の外力Ｆ又は外力Ｆ’、即ち、第２部材１４が移動可能な方向（矢印ａ方向）の外力Ｆ又は外力Ｆ’を受けたとき、第２部材１４は移動可能に構成されている。

一実施形態では、第１部材１２が形成する第１面１２ａと第２部材１４が形成する第２面１４ａとは互いに対向して配置される。第１磁石１６は第１面１２ａに配置され、第２磁石１８は第２面１４ａに配置される。第１面１２ａに配置される第１磁石１６と、第２面１４ａに配置される第２磁石１８とは、互いに接近して配置できる。従って、両者で発生する磁力を両者間で有効に作用させ合うことができる。

一実施形態では、図１及び図２に示す弾性支持装置１０（１０Ａ）及び図５及び図６Ａ、６Ｂに示す弾性支持装置１０（１０Ｃ）において、第１磁石１６と第２磁石１８とは、原位置において異磁性極同士が向かい合うように配置される。これによって、第１磁石１６と第２磁石１８との間に吸引力が発生し、第２部材１４に外力Ｆ又は外力Ｆ’が付加されないとき、第２部材１４は第１部材１２との間に働く吸引力によって原位置に保持される。第２部材１４に外力Ｆ又は外力Ｆ’が加わり原位置から移動したとき、第１部材１２との間に働く吸引力によって第２部材１４を原位置に戻す磁力が働く。従って、第２部材１４に外力Ｆ又は外力Ｆ’の付加がなくなった時、第２部材１４は原位置に復帰できる。

弾性支持装置１０（１０Ａ、１０Ｃ）において、一実施形態では、第１磁石１６と第２磁石１８とは、原位置において、第２部材１４の移動方向、即ち、第１面１２ａ及び第２面１４ａの延在方向（矢印ａ方向）において、オーバラップするように配置される。これによって、第１磁石１６と第２磁石１８とは互いに吸引力を発生し合うことができ、被支持部２０に外力Ｆが働いて第２部材１４が原位置から移動したときも、第１部材１２と第２部材１４間に働く吸引力によって第２部材１４は原位置に戻ることができる。
一実施形態では、第１磁石１６と第２磁石１８とは同一の大きさ及び形状を有し、矢印ａ方向で完全に一致する位置に配置されている。これによって、第１磁石１６と第２磁石１８とは互いに吸引力を最大限に発揮できる。
一実施形態では、矢印ａ方向に沿って複数の第１磁石１６及び第２磁石１８が互いに異磁性極が向かい合うように配置される。これによって、第１磁石１６及び第２磁石１８間に発生する吸引力を増加できる。

一実施形態では、第１磁石１６及び第２磁石１８の各々は、矢印ａ方向に沿って間隔をおいて配置された複数の磁石で構成される。第１磁石１６及び第２磁石１８を構成する複数の磁石は、矢印ａ方向に沿って交互に異なる磁性極が相手方磁石に向かい合うように配置される。即ち、隣り合う磁石間では、第１部材１２と第２部材１４とで磁性極が逆配置となるように配置される。例えば、図２及び図６Ａに示すように、矢印ａ方向で１組の磁石で第１磁石１６のＳ極と第２磁石１８のＮ極とが対向配置され、その隣りの組では第１磁石１６のＮ極と第２磁石１８のＳ極とが対向配置される。
この実施形態によれば、第２部材１４に外力Ｆ又は外力Ｆ’が付加されないとき、第２部材１４は第１部材１２との間に働く吸引力によって原位置に保持される。第２部材１４に外力が加わり原位置から移動したとき、個々の第２磁石１８は、移動方向上流側に設けられた第１磁石１６から吸引力を受けると共に、移動方向下流側に設けられた第１磁石１６から反発力を受ける。従って、第２部材１４に外力の付加がなくなった時、第２部材１４は速やかにかつ正確に原位置に復帰できる。

別な実施形態では、図２に示すように、第１磁石１６又は第２磁石１８において、矢印ａ方向と直交する方向に沿って複数の磁石が配置される。これによって、相手方の磁石との吸引力を増加できる。図２では、第１部材１２において直交方向に複数の磁石を配置しているが、代わりに第２部材１４に矢印ａ方向と直交する方向に沿って複数の磁石が配置されていてもよい。

一実施形態では、図４Ａ及び図４Ｂに示す弾性支持装置１０（１０Ｂ）及び図７Ａ及び図７Ｂに示す弾性支持装置１０（１０Ｄ）において、第１磁石１６の第１磁性極は第２部材１４側に向くように配置され、第２磁石１８の第１磁性極は第１部材側に向くように配置される。第２部材１４のアタッチメント部２２に外力Ｆ又は外力Ｆ’が働かないとき、第２部材１４は原位置にあり、第１部材１２と第２部材１４間に働く反発力はバランスされ、第２部材１４は原位置に保持される。第２部材１４のアタッチメント部２２に外力Ｆ又は外力Ｆ’が働き、第２部材１４が矢印ａ方向に移動したとき、第１部材１２と第２部材１４間に第２部材１４を原位置に戻すように反発力が働くように構成される。
この実施形態によれば、第２磁石１８を有する第２部材１４がアタッチメント部２２に加わる外力によって原位置から移動した後、外力Ｆ又は外力Ｆ’の付加がなくなった時、第２部材１４は自動的に原位置に復帰でき、コンプライアンス機能を発揮できる。

一実施形態では、弾性支持装置１０（１０Ｂ、１０Ｄ）において、第１磁石１６及び第２磁石１８は、夫々矢印ａ方向に沿って間隔をおいて配置された複数の磁石で構成される。そして、第１磁石１６を構成する複数の磁石の各々は、原位置において矢印ａ方向に沿って第２磁石１８を構成する複数の磁石の間の中間位置に配置される。第１磁石１６及び第２磁石１８を構成する個々の磁石は、矢印ａ方向で両側から同等の反発力を受けるため、第２部材１４は、アタッチメント部２２が外力Ｆ又は外力Ｆ’を受けないとき原位置に留まっている。

この実施形態によれば、被支持部２０に外力Ｆ又は外力Ｆ’が加わって第２部材１４が矢印ａ方向に沿って移動したとき、第１磁石１６及び第２磁石１８を構成する個々の磁石に両側から作用する反発力のバランスがくずれることで、原位置に復帰させる力が発生する。従って、外力Ｆ又は外力Ｆ’が加わらなくなったとき、第２部材１４は原位置に正確に復帰できる。
なお、第１磁石１６及び第２磁石１８を構成する個々の磁石を同一の大きさ及び形状とし、同一の磁力を発生する磁石とすれば、個々の磁石は両側から同等の反発力を受ける。従って、被支持部２０が外力Ｆ又は外力Ｆ’を受けなくなった時、第２部材１４は原位置に精度良く復帰できる。
また、原位置において、第１磁石１６及び第２磁石１８を構成する個々の磁石が相手方磁石間で正確に中間位置にあるときも、個々の磁石は両側から正確に同等の反発力を受けるため、外力Ｆ又は外力Ｆ’が加わらなくなったとき、第２部材１４は原位置に正確に復帰できる。

一実施形態では、図１〜図４Ａ、４Ｂに示す弾性支持装置１０（１０Ａ、１０Ｂ）において、第１部材１２（１２Ａ）は、二重構造の内側軸及び外側軸の一方を構成し、第２部材１４（１４Ａ）は内側軸又は外側軸の他方を構成する。そして、内側軸又は外側軸の一方は、内側軸又は外側軸の他方に対して内側軸及び外側軸の軸中心に回動可能に構成される。図１〜図４Ａ、４Ｂに図示された実施形態では、内側軸と外側軸とは互いに同心状に配置された二重構造を構成し、第１部材１２（１２Ａ）は内側軸を構成し、第２部材１４（１４Ａ）は外側軸を構成している。但し、別な実施形態ではこの逆な構成でもよい。この実施形態によれば、アタッチメント部２２の上記軸中心の揺動運動に対して、磁力などの付勢力によってアタッチメント部２２を弾性的に支持し、かつ原位置に復帰させるコンプライアンス動作を行わせることができる。

弾性支持装置１０（１０Ａ、１０Ｂ）に係る第１部材１２（１２Ａ）及び第２部材１４（１４Ａ）の支持構造を以下説明する。基台２４に一対の支持ブラケット２６が間隔を置いて固定されている。これら支持ブラケット２６の間に第１部材１２（１２Ａ）及び第２部材１４（１４Ａ）が挿入される。内側に配置された第１部材１２（１２Ａ）はボルト２８を介して支持ブラケット２６に固定されている。第２部材１４（１４Ａ）は、第１部材１２の周囲に配置された軸受３０を介して相対移動可能に配置されている。
一実施形態では、第１面１２ａ及び第２面１４ａは円筒形状を有し、ボルト２８を軸中心とし、第２部材１４（１４Ａ）は該軸中心を中心に回動可能に配置されている。

一実施形態では、図５〜図７Ａ、７Ｂに示す弾性支持装置１０（１０Ｃ、１０Ｄ）において、第２部材１４（１４Ｂ）は第１部材１２（１２Ｂ）に対してスライド可能に構成される。
この実施形態によれば、アタッチメント部２２は外力Ｆ又は外力Ｆ’が加わることで平行移動可能に支持され、かつ磁力などの付勢力によってアタッチメント部２２を弾性的に支持し、かつ原位置に復帰させるコンプライアンス動作を行わせることができる。
なお、図７Ａは弾性支持装置１０（１０）を示す図６Ａに対応する図であり、図７Ｂは弾性支持装置１０（１０Ｃ）を示す図６Ｂに対応する図である。

一実施形態では、弾性支持装置１０（１０Ｃ、１０Ｄ）において、第１部材１２（１２Ｂ）は、二重構造の内側軸及び外側軸の一方を含んで構成されると共に、第２部材１４（１４Ｂ）は内側軸又は外側軸の他方を含んで構成される。そして、内側軸又は外側軸の一方は、内側軸又は外側軸の他方に対して内側軸及び外側軸の軸方向に沿って移動可能に構成されている。この実施形態によれば、第２部材１４の軸方向の安定した平行移動が可能になる。また、第１面１２ａに設けられた第１磁石１６及び第２面１４ａに設けられた第２磁石１８の配置スペースを容易に確保できる。
図５〜図７Ａ、７Ｂに示す実施形態では、内側軸と外側軸とは互いに同心状に配置された二重構造を構成し、第１部材１２（１２Ｂ）は内側軸を構成し、第２部材１４（１４Ｂ）は外側軸を構成している。

弾性支持装置１０（１０Ｃ、１０Ｄ）に係る第１部材１２（１２Ｂ）及び第２部材１４（１４Ｂ）の支持構造を以下説明する。基台３４は、背板３４ａと、背板３４ａの両端から背板３４ａに対し直交する方向に延在する支持板３４ｂ及び３４ｃで構成され、内側軸は支持板３４ｂ及び３４ｃに架設されている。背板３４ａの内側面にガイドレール３６が設けられ、ガイドレール３６の延在方向は内側軸の延在方向と一致している。摺動台３８がガイドレール３６に摺動自在に設けられ、外側軸は摺動台３８及び内側軸の周囲に設けられたガイド３２に固定されている。第２部材１４を構成する外側軸は、アタッチメント部２２が内側軸の延在方向に外力Ｆを受けたとき、ガイド３２及び摺動台３８と共に内側軸に沿って移動する。

一実施形態では、第１磁石１６及び第２磁石１８の少なくとも一方は永久磁石で構成される。これによって、永久磁石で構成された第１磁石１６又は第２磁石１８は電磁石のように電流を供給するケーブルが不要となる。従って、第１部材１２や第２部材１４の動きによってケーブルがこれらに絡まって、アタッチメント部２２の自由な動きを阻害したり、ケーブルの存在によってアタッチメント部２２の移動量が制限されるおそれはない。

一実施形態では、弾性支持装置１０は多軸多関節を有するロボットアームの先端に取り付けられた先端ツールを構成し、アタッチメント部２２は作業用のツールを構成する。弾性支持装置１０は、かかる構成のロボットアームに取り付けられることで、三次元の任意の位置に移動でき、各種作業を行うことができる。その際、アタッチメント部２２に外力Ｆ又は外力Ｆ’が作用したとき、アタッチメント部２２を弾性的に支持し、外力Ｆ又は外力Ｆ’がなくなった時、原位置に戻るコンプライアンス動作が可能になる。例えば、被支持部２０にナイフが装着された場合、食肉用家畜屠体の骨付き肉の解体に用いることができる。このとき、該ナイフが食肉用家畜屠体の骨や肉から受ける反力に対してナイフを弾性的に支持し、かつナイフを原位置から後退させ、さらに該反力の付加がなくなったとき、ナイフは原位置に復帰できる。骨付き肉の解体処理では、１個の骨付き肉に複数のロボットアームが稼働するので、ロボットアームの先端ツールをできるだけコンパクト化する必要があり、弾性支持装置１０はそのニーズに答えることができる。

図８及び図９は、図１及び図２に示す弾性支持装置１０（１０Ａ）において、第１磁石１６及び第２磁石１８から発生する磁力線Ｍｆの分布を示している。図８は、第２部材１４（１４Ａ）が原位置にある場合であり、図９は、アタッチメント部２２に外力Ｆが働いて第２部材１４（１４Ａ）が原位置から矢印ａ方向へ移動したときを示す。同図から、異磁性極間に磁力線Ｍｆが発生し、異磁性極間に吸引力が発生していることがわかる。複数の磁石を第１面１２ａ及び第２面１４ａの延在方向と直交する方向へ配置した所では、磁力線Ｍｆの密度が大きいことがわかる。また、アタッチメント部２２に外力Ｆが加わり、第２部材１４が原位置から移動したときでも、異磁性極間に吸引力が発生していることがわかる。

図１０及び図１１は、図４Ａ及び図４Ｂに示す弾性支持装置１０（１０Ｂ）において、第１磁石１６及び第２磁石１８から発生する磁力線Ｍｆの分布を示している。図１０は、第２部材１４（１４Ａ）が原位置にある場合であり、図１１は、アタッチメント部２２に外力Ｆが働いて第２部材１４（１４Ａ）が原位置から矢印ａ方向へ移動したときを示している。同図から、異磁性極間に磁力線Ｍｆが発生し、同磁性極間には反発力が発生していることがわかる。第２部材１４（１４Ａ）が原位置にあるときは、各磁石において第１面１２ａ及び第２面１４ａの延在方向両側から同等の反発力が加わっていることがわかる。また、アタッチメント部２２に外力Ｆが加わり、第２部材１４（１４Ａ）が原位置から移動したときは、個々の第２磁石１８は、遠ざかった第１磁石１６より近づいた第１磁石１６から大きな反発力を受けているのがわかる。この両側の反発力の差によって第２部材１４（１４Ａ）は原位置に復帰する。

上記幾つかの実施形態において、各図に示す第１磁石１６及び第２磁石１８のＮ極及びＳ極の配置は、各図において一例を示すものであり、それ以外に、例えば、各図に示された第１磁石１６及び第２磁石１８のＮ極及びＳ極の配置を逆にしてもよい。

幾つかの実施形態によれば、コンプライアンス機能を有する機械要素において、接触部を少なくし各部材間の摩擦の影響を少なくすることで、装置のコンパクト化を実現できる。

１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ）弾性支持装置
１２（１２Ａ、１２Ｂ）第１部材
１２ａ第１面
１４（１４Ａ、１４Ｂ）第２部材
１４ａ第２面
１６第１磁石
１８第２磁石
２０被支持部
２２アタッチメント部
２４、３４基台
３４ａ背板
３４ｂ、３４ｃ支持板
２６支持ブラケット
２８ボルト
３０軸受
３２ガイド
３６ガイドレール
３８摺動台
Ｆ、Ｆ’ 外力
Ｍｆ磁力線

Claims

第１磁石を含む第１部材と、
第２磁石を含み前記第１部材に対して対向して配置され、外力を受けたとき前記第１部材に対して相対移動可能な第２部材と、
を備え、
前記第１磁石と前記第２磁石との間に働く磁力は、前記第２部材が外力を受けないとき前記第２部材を前記原位置に保持し、前記第２部材が外力を受けて移動したとき前記第２部材を原位置に復帰させるように働くように構成されたことを特徴とする弾性支持装置。
前記第１部材が形成する第１面と前記第２部材が形成する第２面とは互いに対向して配置され、
前記第１磁石は前記第１面に配置され、前記第２磁石は前記第２面に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の弾性支持装置。
前記第１磁石及び前記第２磁石は、前記原位置において異磁性極同士が向かい合うように配置され、前記第１磁石と前記第２磁石との間に吸引力が発生するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の弾性支持装置。
前記第１磁石及び前記第２磁石の各々は、前記第２部材の移動方向に沿って間隔をおいて配置された複数の磁石で構成され、
前記第１磁石及び前記第２磁石を構成する複数の磁石は、前記第２部材の移動方向に沿って交互に異なる磁性極が相手方磁石に向かい合うように配置されることを特徴とする請求項３に記載の弾性支持装置。
前記第１磁石の第１磁性極は前記第２部材側に向くように配置されると共に、前記第２磁石の前記第１磁性極は前記第１部材側に向くように配置され、
前記第２部材が前記原位置にあるときは前記第１部材と前記第２部材間に働く反発力はバランスされ、前記第２部材に働く外力によって前記第２部材が移動したとき、前記第１部材と前記第２部材間に前記第２部材を前記原位置に戻すように反発力が働くように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の弾性支持装置。
前記第１磁石及び前記第２磁石の各々は、前記第２部材の移動方向に間隔をおいて配置された複数の磁石で構成され、
前記第１磁石を構成する前記複数の磁石の各々は、前記原位置において前記第２部材の前記移動方向に沿って前記第２磁石を構成する前記複数の磁石の間の中間位置に配置されたことを特徴とする請求項５に記載の弾性支持装置。
前記第１磁石及び前記第２磁石の少なくとも一方は永久磁石で構成されたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の弾性支持装置。
前記第１部材は、二重構造の内側軸及び外側軸の一方を構成すると共に、前記第２部材は前記内側軸又は前記外側軸の他方を構成し、
前記内側軸又は前記外側軸の一方は、前記内側軸又は前記外側軸の他方に対して前記内側軸及び前記外側軸の軸中心に回動可能に構成されたことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の弾性支持装置。
前記第２部材は前記第１部材に対して相対的にスライド可能に構成されたことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の弾性支持装置。
前記第１部材は、二重構造の内側軸及び外側軸の一方を構成すると共に、前記第２部材は前記内側軸又は前記外側軸の他方を構成し、
前記内側軸又は前記外側軸の一方は、前記内側軸又は前記外側軸の他方に対して前記内側軸及び前記外側軸の軸方向に沿って移動可能に構成されたことを特徴とする請求項９に記載の弾性支持装置。
前記第２部材は、被支持部を取り付けるためのアタッチメント部を含むことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の弾性支持装置。