JP3997193B2 - 機械式ストッパ装置 - Google Patents

Description

本発明は、産業用ロボットなどの互いに相対回転する部材を有する機械に設けられる機械式ストッパ装置に関し、特に、総回転量が３６０°以上の相対回転部材を有する機械における機械式ストッパ装置に関する。

産業用ロボットにおけるロボット基部と旋回胴との結合部、旋回胴とロボット上腕との結合部、ロボット上腕と前腕との関節部等には相対な回転軸部としての構造が設けられていることは周知の通りである。この種の回転軸部においては、２つの部材間で相対的な回転が行われ、故に、相対的に一方を固定部材とし、他方を回転部材と見なすことが可能であり、このとき、固定部材に対する回転部材の回転量ないし回転ストロークを設定、制限する手段が必要となる。係る手段としては、例えば、回転部材から突設させたストッパを固定部材側の所定位置に固設したストッパ受けに当接させることにより、回転部材、固定部材間の相対回転量を規制する機械的構造が多く採用されていた。特に、産業用ロボットに設けられた夫々の関節における回転軸部においては、固定部材側の所定位置にブロック状のストッパ受けを固定し、このストッパ受けの側面にゴム板等からなる緩衝材を取付け、回転部材から突出させたストッパとの当接、係合により、固定、回転部材間の相対回転を制限する構成が採用されてきた。

しかしながら、前述した機械的ストッパの構成では、ストッパ受けが機械的剛性を備えるために、適宜の大きさを具備しており、産業用ロボットの関節の回転軸部のように固定部材と回転部材との間の相対的な回転が時計回り方向と反時計回り方向との２方向で行われる場合には、総回転量が結局、１回転量、つまり３６０°を超えることができなかった。一方、産業用ロボットのアームとアームの結合関節や基台と旋回胴との結合関節における回転軸部等では、用途上から相対的な総回転量が３６０°を超えることが必須条件となる場合が多々あった。そこで、特許文献１に開示されているものにおいては、固定部材に設けられるストッパ受けを２つの離隔した固定端形成手段間に延設した滑り杆上を摺動する可動ストッパ受けとして形成した。これにより、可動ストッパ受けと回転部材に設けられたストッパとが当接、一体化して固定端形成手段に衝接したとき、２つの相対回転部材の回転限界が設定されるので、時計回り、反時計回りの総回転量の設定限界が３６０°を超えて設定可能となる。
特開平７−１３６９７２号公報

しかし、前述した特許文献１に開示されているものにおいては、可動ストッパ受けが衝打する固定端形成手段はボルトなどにより固定部材に固定されているので、取付部やストッパ当接部の強度上の問題で形状が大きくなる。また、従来の緩衝材５は図４（ａ）に示すように取り付けられており、ストッパ３が干渉した場合、力が４方へ分散するため緩衝材５の変形量が大きくなり場合によっては緩衝材５が破損してしまう。そのため、高い頻度で緩衝材５を交換したり、あるいは緩衝材５の形状を大きくしたりする必要があった。

本発明は、前述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、保守性の高い機械式ストッパ装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために、本発明では、１つの回転軸心１０を中心にして２つの相対回転部材１、２間で相対回転が行われる回転軸部に設けられることにより、前記２つの相対回転部材１、２の機械的な回転限界を設定するようにされた機械式ストッパ装置において、前記２つの相対回転部材１、２における第１の相対回転部材１には前記回転軸心１０を中心とした端部１２、１３を有する円弧状の溝１１が設けられ、この円弧状の溝１１にはその端部１２、１３間の溝１１上を固定されることなく摺動可能に載置された２つの緩衝材５、６が設けられ、この２つの緩衝材５、６間には前記円弧状の溝１１の端部１２、１３間の溝１１上を固定されることなく摺動可能に載置された揺動体４が設けられ、前記２つの相対回転部材１、２における第２の相対回転部材２にはこの第２の相対回転部材２の回転位置によっては前記揺動体４と当接するようにされたストッパ３が設けられ、前記第１の相対回転部材１には前記揺動体４および前記２つの緩衝材５、６を挿通可能な窓１６が設けられているとともに、前記円弧状の溝１１の端部１２、１３のそれぞれの近辺でかつ前記揺動体４の溝１１における載置面に対して反対側に壁１４、１５が設けられ、前記揺動体４および前記２つの緩衝材５、６の大きさは溝１１と前記各壁１４、１５のそれぞれとに囲まれた空間よりも僅かに小さいことを特徴とする機械式ストッパ装置を提供した。

係る構成としたことにより、揺動体４および緩衝材５、６はベース１に設けられた窓１６を介して外部から溝１１上に載置することが可能であり、さらに揺動体４および緩衝材５、６は溝１１上に固定されることなく載置されているので、機械式ストッパ装置としての動作により衝撃力を受ける揺動体４および緩衝材５、６を短時間かつ容易に交換することができる。

また、本発明では、前記第１の相対回転部材１には前記円弧状の溝１１の端部１２、１３のそれぞれの近辺でかつ前記揺動体４の溝１１における載置面に対して反対側に壁１４、１５が設けられ、前記揺動体４および前記２つの緩衝材５、６の大きさは溝１１と前記各壁１４、１５のそれぞれとに囲まれた空間よりも僅かに小さいようにしたことにより、ストッパ３に押された揺動体４が溝１１の端部１２、１３に当接した状態にある緩衝材５、６に衝突した際は、図１（ｄ）に示すように、揺動体４には起き上がろうとする偶力１８が働くが、ストッパ３の端面１９およびベース１の壁１４、１５によって揺動体４の起き上がりを抑えることができる。さらに、図４（ｂ）に示すように、ストッパ３に押された揺動体４の衝突に対し力が分散せずに、矢印で示すようにほとんどが反力として働くため、緩衝材５の変形量を小さく抑えることができる。そのため、緩衝材５は破損することがなく、繰り返し使用することが可能となる。

本発明によれば、前述したように、緩衝材５，６の変形量を小さく抑えることができるため、緩衝材５、６は破損することがなく、繰り返し使用することが可能となるとともに、機械式ストッパ装置としての動作により衝撃力を受ける揺動体４および緩衝材５、６を短時間かつ容易に交換することができるので、保守性の高い機械式ストッパ装置とすることが可能になった。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。まず、本実施形態に係る機械式ストッパ装置の構造について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る機械式ストッパ装置の外観図および要部断面図であり、（ａ）図は外観を示す平面図、（ｂ）図は（ａ）図のＡ−Ａ断面図、（ｃ）図は（ｂ）図のＢ−Ｂ断面図、（ｄ）図は（ｃ）図のＹ−Ｙ断面図である。

１は、２つの相対回転部材の一つである第１の相対回転部材としてのベースである。このベース１は、鋳物で形成されている。ベース１には、回転軸心１０を中心とし、その周囲すべてを機械加工を施さない鋳物の壁で覆われた円弧状の溝１１が設けられている。この溝１１の両方の端部１２、１３のそれぞれの近辺でかつ後述する揺動体４の溝１１における載置面に対して反対側には機械加工を施さない鋳物で形成された壁１４、１５が設けられている。この壁１４と１５との間には切り欠き部１７が設けられ、この切り欠き部１７の溝１１に対して反対側には鋳物によりアーチ状に形成された窓１６が設けられている。溝１１と壁１４、１５とに囲まれた空間には、溝の両端部１２、１３に当接可能ながら固定することなく置かれた、この空間よりも僅かに小さな緩衝材５、６が設けられている。また、溝１１と壁１４、１５とに囲まれた空間には、溝１１よりも僅かに小さな機械加工を施さない鋳物で形成された揺動体４が固定することなく置かれている。この揺動体４には突出部４ａが設けられている。なお、窓１６は、揺動体４および緩衝材５、６を挿通可能な大きさとなっている。

一方、２は、２つの相対回転部材の他の一つである第２の相対回転部材としてのリングである。このリング２は、ベース１に対して回転軸心１０を中心にして回転可能に軸支されている。このリング２には、ベース１の溝１１に対して突出するようにして、ストッパ３が設けられている。図１（ｄ）に示すように、揺動体４の端面２０とベース１の壁１４、１５との隙間、および揺動体４の端面２０とストッパ３の端面１９との隙間は、いずれも揺動体４の動作に支承のない程度に僅かな間隔に設定されている。

次に、機械式ストッパ装置本体への揺動体４および緩衝材５、６の組み付け方法について説明する。図３は、本実施形態に係る機械式ストッパ装置本体への揺動体４および緩衝材５、６の組み付け手順について説明するための要部断面図である。まず、図３（ａ）に示すように、緩衝材５、６をベース１の窓１６より切り欠き１７を通して挿入し、ベース１の溝１１の両方の端部１２、１３にそれぞれ固定することなく配置する。次に、図３（ｂ）に示すように、揺動体４を窓１６より切り欠き１７を通して挿入し、緩衝材５、６の間の溝１１に固定することなく配置することにより組み付けは完了する。なお、揺動体４および緩衝材５、６を機械式ストッパ装置本体から取り外す場合は、前述とは逆の手順で行えばよい。

次に、本実施形態に係る機械式ストッパ装置の動作について、図２を参照して説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る機械式ストッパ装置の動作について説明するための要部断面図であり、揺動体４が右端にある状態（（ａ）図）から左端に移動した状態（（ｂ）図）、および揺動体４が左端にある状態（（ｃ）図）から右端に移動した状態（（ｄ）図）を示している。なお、これら図２の（ａ）図〜（ｄ）図は、図１（ｃ）と同様に、図１（ｂ）のＢ−Ｂ断面図である。（ａ）図および（ｂ）図に示すように、一方の相対回転部材としてのリング２が左回転すると、リング２に設けられたストッパ３が揺動体４の突出部４ａに衝突し、突出部４ａに押された揺動体４はもう一方の相対回転部材としてのベース１に設けられた溝１１上を左回転方向に摺動し、溝１１の一方の端部に固定せず置かれた緩衝材６に衝突し、これによりリング２の回転が停止する。また、リング２が右回転する場合の（ｃ）図および（ｄ）図についても前述の左回転の場合と同様である。このように、揺動体４がベース１に設けられた所定の溝長さを有する溝１１上を摺動することにより、ストッパ３すなわち一方の相対回転部材としてのリング２の総回転量は図２に示すように３６０°以上となる。

最後に、本発明の一実施形態に係る機械式ストッパ装置の効果について説明する。前述したように、揺動体４および緩衝材５、６はベース１に設けられた窓１６を介して外部から溝１１上に載置することが可能であり、さらに揺動体４および緩衝材５、６は溝１１上に固定されることなく載置されているので、機械式ストッパ装置としての動作により衝撃力を受ける揺動体４および緩衝材５、６を短時間かつ容易に交換することができる。また、ストッパ３に押された揺動体４が溝１１の端部１２、１３に当接した状態にある緩衝材５、６に衝突した際は、図１（ｄ）に示すように、揺動体４には起き上がろうとする偶力１８が働くが、ストッパ３の端面１９およびベース１の壁１４、１５によって揺動体４の起き上がりを抑えることができる。さらに、図４（ａ）に示すように、従来の構造では、ストッパ３に押された揺動体４が緩衝材５に衝突すると緩衝材５が大きく変形し場合によっては破損してしまう。これに対し、本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、ストッパ３に押された揺動体４の衝突に対し力が分散せずに、矢印で示すようにほとんどが反力として働くため、緩衝材５の変形量を小さく抑えることができる。そのため、緩衝材５は破損することがなく、繰り返し使用することが可能となる。これにより、左右両方向の総回転量が３６０°以上の動作規制を可能にする機械式ストッパ装置において、保守性の高い装置を提供することが可能となる。

以上、本発明の一実施形態について説明した。なお、本実施形態は産業用ロボットの回転軸部に対して本発明に係る機械式ストッパ装置を適用したものであったが、本発明はこれに限定されず、工作機械などを含む一般産業機械の回転軸部に対しても本発明に係る機械式ストッパ装置を適用することは容易に可能である。

本発明の一実施形態に係る機械式ストッパ装置の外観図および要部断面図であり、（ａ）図は外観を示す平面図、（ｂ）図は（ａ）図のＡ−Ａ断面図、（ｃ）図は（ｂ）図のＢ−Ｂ断面図、（ｄ）図は（ｃ）図のＹ−Ｙ断面図である。 本発明の一実施形態に係る機械式ストッパ装置の動作について説明するための要部断面図であり、揺動体４が右端にある状態（（ａ）図）から左端に移動した状態（（ｂ）図）、および揺動体４が左端にある状態（（ｃ）図）から右端に移動した状態（（ｄ）図）を示している。 本実施形態に係る機械式ストッパ装置本体への揺動体４および緩衝材５、６の組み付け手順について説明するための要部断面図である。 従来および本発明の一実施形態における緩衝材５の変形を示した説明図である。

符号の説明

１ ベース（第１の相対回転部材）
２ リング（第２の相対回転部材）
３ ストッパ
４ 揺動体
５ 緩衝材
６ 緩衝材
１０ 回転軸心
１１ 溝
１２ 溝の端部
１３ 溝の端部
１４ 壁
１５ 壁
１６ 窓
１７ 切り欠き
１８ 偶力
１９ 端面
２０ 端面

Claims (1)

1. １つの回転軸心１０を中心にして２つの相対回転部材１、２間で相対回転が行われる回転軸部に設けられることにより、前記２つの相対回転部材１、２の機械的な回転限界を設定するようにされた機械式ストッパ装置において、
   前記２つの相対回転部材１、２における第１の相対回転部材１には前記回転軸心１０を中心とした端部１２、１３を有する円弧状の溝１１が設けられ、
   該円弧状の溝１１にはその端部１２、１３間の溝１１上を固定されることなく摺動可能に載置された２つの緩衝材５、６が設けられ、
   該２つの緩衝材５、６間には前記円弧状の溝１１の端部１２、１３間の溝１１上を固定されることなく摺動可能に載置された揺動体４が設けられ、
   前記２つの相対回転部材１、２における第２の相対回転部材２にはこの第２の相対回転部材２の回転位置によっては前記揺動体４と当接するようにされたストッパ３が設けられ、
   前記第１の相対回転部材１には前記揺動体４および前記２つの緩衝材５、６を挿通可能な窓１６が設けられているとともに、前記円弧状の溝１１の端部１２、１３のそれぞれの近辺でかつ前記揺動体４の溝１１における載置面に対して反対側に壁１４、１５が設けられ、
   前記揺動体４および前記２つの緩衝材５、６の大きさは溝１１と前記各壁１４、１５のそれぞれとに囲まれた空間よりも僅かに小さいことを特徴とする機械式ストッパ装置。

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