JPH1148185A

JPH1148185A - 密閉型エアバランサ

Info

Publication number: JPH1148185A
Application number: JP22299597A
Authority: JP
Inventors: Akira Nihei; 亮二瓶; Takeshi Okada; 毅岡田; Hiroshi Uchida; 博内田
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1997-08-06
Publication date: 1999-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】アキュムレータやコンプレッサー等の周辺装
置を装着しなくても洩れを補う空気を高圧で補給するこ
とのできる密閉型エアバランサ。【解決手段】ロボット等の機械の姿勢が変化すると、
重り７０等の慣性に基づく駆動力でエアシリンダ機構６
０のピストン６０ｄが往復駆動される。気室６０ｅ、６
０ｆが膨張時の内圧が大気圧を下回れば、チェック弁６
１、６２が開放され、空気が流入し、続く圧縮過程で昇
圧される。昇圧された空気は、エアタンク５０の内圧を
上回る毎にエアタンク５０に供給される。エアバランサ
本体のシリンダ部で空気漏れによる圧力降下が生じる
と、チェック弁１６が開放され高圧空気が補給される。
ピストン６０ｄ自身を重量化してピストンロッド６０ｃ
を省いても良く、また、ピストンロッド６０ｃを機械の
可動部に接続しても良い。エアタンク５０に定圧で開放
されるリリーフ弁を設け、エアタンク５０の内圧を安定
させることも出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用ロボット等
のように可動部を持つ機械で使用される密閉型エアバラ
ンサの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】機械の可動部の動きに伴って固定部との
間に生じる重力負荷の変動をエアシリンダ機構の伸縮動
作に伴って発生するバランス力で相殺するようにした密
閉型エアバランサは公知であり、垂直多関節型ロボット
のバランサ等として従来より利用されている。

【０００３】図４にその一例を簡略化して示す。図４に
おいて符号１は垂直多関節型ロボットの旋回胴、符号２
は該垂直多関節型ロボットの第１アームであり、第１ア
ーム２はＷ軸用のサーボモータＭｗにより、図４
（ａ）、（ｂ）に示すような形態でＷ軸を中心として揺
動駆動されるようになっている。

【０００４】なお、実際には第１アーム２の先に第２ア
ームやリスト及びエンドエフェクタ等が必要に応じて装
着されているが、ここでは重力負荷の影響によってＷ軸
の回りに生じる回転モーメントのみについて考え、第２
アームやリスト及びエンドエフェクタ等に関する構成の
記載は省略する。そして、これらの部材の荷重が全て第
２アームの揺動中心となる質点Ｕ上に作用するものと仮
定する。

【０００５】すると、図４（ａ）に示すように、第１ア
ーム２が直立した状態、即ち、質点ＵがＷ軸の鉛直上方
に位置する姿勢では、重力負荷の影響によるＷ軸の回り
の回転モーメントは実質的に零となる。また、図４
（ｂ）に示すように第１アーム２を時計方向に揺動させ
て行くと、第１アーム２の傾斜の増大に伴って、固定部
である旋回胴１と可動部である第１アーム２との間、言
い換えれば、Ｗ軸回りに時計方向の回転モーメントが発
生する。

【０００６】当然のことながら、このような姿勢を維持
すると、サーボモータＭｗに過負荷が生じたり、また、
姿勢を維持するための電力消費が著しく増大するといっ
た問題が発生する。

【０００７】この問題を回避するための手段として、コ
イルスプリングやエアシリンダ機構等により構成される
バランサが従来より用いられている。これらバランサ
は、可動部である第１アーム２と固定部である旋回胴１
との間に取り付けれ、重力負荷の影響によって生じる回
転モーメントの増大を相殺する作用を果たす。

【０００８】図４の例では圧縮型エアシリンダ機構３に
よって構成される密閉型エアバランサを第１アーム２の
中心軸に沿って配備し、シリンダ外筒３ａのシリンダボ
トム３ｂを第１アーム２の先端部に枢着する一方、ピス
トンロッド３ｃの先端をＷ軸の回転中心からオフセット
して旋回胴１に枢着することによってバランサとしての
機能を持たせている。

【０００９】即ち、図４（ａ）に示される状態では、ピ
ストン３ｄによって区切られる圧縮側気室３ｅと膨脹側
気室３ｆの内圧とが完全に調和しているが、図４（ｂ）
に示されるように、第１アーム２が揺動してシリンダボ
トム３ｂとピストンロッド３ｃの先端との距離が離間し
てピストン３ｄが移動すると、圧縮側気室３ｅの体積が
減少してその内圧が上昇すると共に、膨脹側気室３ｆの
体積が増大してその内圧が減少し、ピストン３ｄに圧縮
型エアシリンダ機構３のピストンロッド３ｃを縮退させ
る方向の力が作用する。

【００１０】これにより、図４（ｂ）において第１アー
ム２を反時計方向に揺動させようとする力、即ち、重力
負荷の影響によって生じる回転モーメントの増大を相殺
しようとする力が生じる。

【００１１】圧縮型エアシリンダ機構３に代えてコイル
スプリングを利用することも可能であるが、ロボット等
の機械の高性能化に伴う負荷の増大に対処する必要上、
最近では、専ら、コイルスプリングよりもコンパクトで
同じ性能を発揮することが可能な圧縮型エアシリンダ機
構３を利用する傾向にある。

【００１２】また、ロボット等の機械の高性能化に伴っ
てその重量も増大するため、重力負荷の影響によって生
じる回転モーメントも大きくなり、これを相殺するため
には、圧縮型エアシリンダ機構３の圧縮側気室３ｅ及び
膨脹側気室３ｆの内圧もそれに見合うように大きくする
必要がある。

【００１３】ここで問題となるのが空気漏れによる機能
低下である。即ち、ピストンロッド３ｃとシリンダヘッ
ド３ｇの間等にはＯリングやガスケット等の密閉手段を
設けられているが、現在の技術水準ではシリンダ外への
空気洩れを完全に防止することは不可能である。

【００１４】そのため、実際には、エアシリンダ機構３
の圧縮側気室３ｅや膨脹側気室３ｆに大容量のアキュム
レータや圧縮空気源を接続し、洩れ分に相当する空気を
補給することでこの空気漏れの問題に対処している。し
かし、アキュムレータの容量が如何に大きくともいずれ
はアキュムレータ自体に高圧空気を再充填しなければな
らない時期がくるし、また、圧縮空気源としてコンプレ
ッサーを利用するような場合では、コンプレッサーのモ
ータを常時駆動しておかなければならなくなり、エネル
ギーの損失が大きい。

【００１５】また、アキュムレータを有し、その内圧が
規定値よりも低下した場合にだけ自動的にモータを駆動
して空気の取り込みや圧縮を行うようにしたアキュムレ
ータ付のコンプレッサーも公知であるが、前述のような
問題を根本的に解決するものではなく、アキュムレータ
やコンプレッサーの利用は装備の大型化やコスト面での
問題があり、これらの装備を使用したとしても、完全な
メンテナンス・フリーが達成されるわけではない。

【００１６】このような旧来方式のバランサの問題点を
解決するために、本発明者は先に、アキュムレータやコ
ンプレッサーを装着しなくても、洩れ分に相当する空気
を補給することのできる密閉型エアバランサを提案した
（特願平８−２１４０６９号に添付された明細書及び図
面を参照）。図５（ａ）、（ｂ）は、この提案を１本の
圧縮型エアシリンダ機構４からなる密閉型エアバランサ
５に対して適用した場合の動作を説明する概念図であ
る。図６（ａ）、（ｂ）は、圧縮型エアシリンダ機構４
からなる密閉型エアバランサ５を垂直多関節型ロボット
における旋回胴１と第１アーム２との間に装着した状態
を２つの姿勢で示したものである。図６（ａ）は図５
（ａ）の状態に対応する姿勢を表わし、第１アーム２が
直立した状態（重力負荷の影響によるＷ軸の回りの回転
モーメントは実質的に零）となっている。これに対し
て、図６（ｂ）は図５（ｂ）に対応する姿勢を表わし、
第１アーム２が時計方向に最も傾斜した状態（重力負荷
の影響によるＷ軸の回りの回転モーメントが最大）に対
応している。圧縮型エアシリンダ機構４自体は、ピスト
ンロッド４ｃ及びピストン４ｄとシリンダ外筒４ａとを
備え、ピストン４ｄの両側に密閉された圧縮側気室４ｅ
と膨張側気室４ｆとを有する通常のエアシリンダ機構で
ある。即ち、これらの点に関しては図４に示した旧来方
式の圧縮型エアシリンダ機構３と同様の構成であり、Ｗ
軸を中心に揺動する第１アーム２の姿勢変化で生じる重
力負荷の影響によってＷ軸の周りに生じる回転モーメン
トが相殺されることも同様である。

【００１７】圧縮型エアシリンダ機構４は、図６（ａ）
の姿勢に対応する図５（ａ）の状態で最も短縮され、圧
縮側気室４ｅと膨脹側気室４ｆの内圧が完全に釣り合う
ようになっている。例えば、圧縮側気室４ｅ及び膨脹側
気室４ｆの内圧が共に５ｋｇｆ／ｃｍ² の規定圧力とな
るように設計されており、これらの規定圧力は大気圧に
相当する１ｋｇｆ／ｃｍ² よりも共に高い。

【００１８】これに対して、図６（ｂ）の姿勢に対応す
る図５（ｂ）の状態では重力負荷の影響によるＷ軸の周
りの回転モーメントが最大となっている。なお、第１ア
ーム２が図６（ｂ）の状態から更に時計方向に揺動して
完全な水平状態となれば、図６（ｂ）の状態以上に重力
負荷による回転モーメントが作用することになるが、こ
こに示した例では、旋回胴１と第１アーム２との間に機
械的なストッパ（図示省略）が設けられており、第１ア
ーム２の揺動限度が図６（ｂ）に示される状態に規制さ
れている。従って、第１アーム２はこれ以上は揺動せ
ず、重力負荷の影響によるＷ軸の周りの回転モーメント
が最大となるときの姿勢も図６（ｂ）の状態に規制され
る。

【００１９】圧縮型エアシリンダ機構４はこの図５
（ｂ）の状態で最も伸長され、膨脹側気室４ｆの体積が
最大となって、その内圧は大気圧に相当する１ｋｇｆ／
ｃｍ² となる。一方、圧縮された圧縮側気室４ｅの内圧
は、例えば、１０ｋｇｆ／ｃｍ²となり、結果的に、ピ
ストン４ｄにはピストンロッド４ｃを縮退させる方向に
９ｋｇｆ／ｃｍ² ×［ピストン４ｄの断面積］の力が作
用することになる。当然、この力が重力負荷の影響によ
るＷ軸の周りの回転モーメントを完全に打ち消すことが
望ましいので、ピストン４ｄの断面積は図６（ｂ）の状
態で作用している重力負荷による回転モーメントの値等
を考慮して決めるようにする。

【００２０】ここで、敢えて回転モーメントの値等とい
うのは、その他にも、Ｗ軸の回転中心に対するピストン
ロッド４ｃの枢着点のオフセット量や、図５（ａ）に示
されるような釣り合い状態における膨脹側気室４ｆ及び
圧縮側気室４ｅの内圧が影響するからである。

【００２１】この形態の圧縮型エアシリンダ機構４が前
述した旧来方式のものと相違するのは、膨脹側気室４ｆ
内の圧力が大気圧と一致する体積に膨脹したときに膨脹
側気室４ｆと外界大気とを連通させて空気を補給するた
めの開閉ゲートとしてチェック弁６が設けられている
点、並びに、圧縮側気室４ｅと膨脹側気室４ｆの連通経
路の開閉ゲートとして別のチェック弁７が設けられてい
る点である。なお、チェック弁６、７は、通常、気室４
ｅ、４ｆから引き出された導管６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ
の途中に設けられる。

【００２２】本例の圧縮型エアシリンダ機構４も、前述
した旧来方式のものと同様、シリンダ外筒４ａ、シリン
ダボトム４ｂ、ピストンロッド４ｃ、ピストン４ｄ、シ
リンダヘッド４ｇが完全な別体構造となっており、ピス
トンロッド４ｃとシリンダヘッド４ｇとの間には摺動用
Ｏリングが、また、シリンダ外筒４ａとシリンダボトム
４ｂとの間やシリンダ外筒４ａとシリンダヘッド４ｇと
の間にはガスケットが取り付けられているが、これらの
密閉手段によって圧縮側気室４ｅや膨脹側気室４ｆから
の空気洩れを完全に防止することは不可能である。

【００２３】その内で最も空気洩れの発生しやすい箇所
は摺動部分であるピストンロッド４ｃとシリンダヘッド
４ｇとの間で、これに次いで、最大圧力の関係から、シ
リンダ外筒４ａとシリンダヘッド４ｇとの間（圧縮側気
室４ｅの最大内圧＝１０ｋｇｆ／ｃｍ² ）、次に、シリ
ンダ外筒４ａとシリンダボトム４ｂとの間（膨脹側気室
４ｆの最大内圧＝５ｋｇｆ／ｃｍ² ）で空気洩れが発生
する可能性が高い。

【００２４】そこで、まず、図６（ｂ）及び図５（ｂ）
に示されるように圧縮型エアシリンダ機構４が最も伸長
されて圧縮側気室４ｅが最大内圧１０ｋｇｆ／ｃｍ² と
なったた状態で圧縮側気室４ｅから空気が洩れた場合に
ついて考える。

【００２５】このままの状態で第１アーム２が図６
（ａ）のような直立状態に復帰してピストン４ｄが図５
（ａ）の位置に戻ったとしても、圧縮側気室４ｅ内の空
気が不足ぎみであるため、圧縮側気室４ｅの内圧は規定
値である５ｋｇｆ／ｃｍ² に達せず、これを下回ること
になる。一方、膨脹側気室４ｆの内圧は、図５（ｂ）の
状態で膨脹側気室４ｆ内に溜まっていた空気の気圧、要
するに、大気圧に相当する１ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力と、
設計上決まる圧縮比、即ち、図５（ａ）における膨脹側
気室４ｆの体積と図５（ｂ）における膨脹側気室４ｆの
体積の比で決まる。より具体的な数値を例記すれば、こ
の圧縮比は１：５であり、図５（ａ）のように膨脹側気
室４ｆが最も圧縮された状態では膨脹側気室４ｆの内圧
は１ｋｇｆ／ｃｍ² の５倍、要するに、５ｋｇｆ／ｃｍ
² に保持されることになる。

【００２６】従って、図５（ａ）の状態で圧縮側気室４
ｅ内の空気が不足していてその内圧が規定値である５ｋ
ｇｆ／ｃｍ² に満たない場合では、圧縮側気室４ｅの内
圧＜膨脹側気室４ｆの内圧（＝５ｋｇｆ／ｃｍ² ）の関
係が成立し、チェック弁７が自動的に開いて膨脹側気室
４ｆ内の空気が圧縮側気室４ｅの側に流れ込んで圧縮側
気室４ｅの内圧が上昇する。

【００２７】しかし、圧縮側気室４ｅ内の空気と膨脹側
気室４ｆ内の空気との総和量が全体として不足している
ことに変わりはないので、厳密にいえば、圧縮側気室４
ｅの内圧が規定値である５ｋｇｆ／ｃｍ² にまで上昇す
ることはない。

【００２８】また、膨脹側気室４ｆの内圧は圧縮側気室
４ｅに空気を奪われた分だけ降下し、５ｋｇｆ／ｃｍ²
を下回ることになり、最終的に、圧縮側気室４ｅの内圧
と膨脹側気室４ｆの内圧とは５ｋｇｆ／ｃｍ² を下回っ
た状態で均衡する。

【００２９】次いで、再び第１アーム２が図６（ｂ）の
状態まで揺動すると、圧縮型エアシリンダ機構４が図５
（ｂ）に示されるように最大限度まで伸長されて膨脹側
気室４ｆが最大体積に達するが、膨脹側気室４ｆ内の空
気が圧縮側気室４ｅに奪われて不足しているので、最大
体積時における膨脹側気室４ｆの内圧は大気圧相当の１
ｋｇｆ／ｃｍ² を下回る。従って、膨脹側気室４ｆの内
圧と外気との圧力差により、チェック弁６が自動的に開
かれ、膨脹側気室４ｆの内圧が大気圧相当の１ｋｇｆ／
ｃｍ² に達するまで膨脹側気室４ｆ内に外気が送り込ま
れ、膨脹側気室４ｆ内の空気の不足が補われる。

【００３０】即ち、圧縮側気室４ｅから空気洩れが生じ
ている状態で圧縮型エアシリンダ機構４が図５（ｂ）の
状態から図５（ａ）の状態へ移行したときに生じる膨脹
側気室４ｆから圧縮側気室４ｅへの１回の空気の流れ込
みだけでは圧縮側気室４ｅの内圧を規定値である５ｋｇ
ｆ／ｃｍ² にまで復旧させることは出来ない。

【００３１】また、その動作自体によって膨脹側気室４
ｆの内圧自体が降下してしまうとしても、前述のよう
に、図５（ａ）に示されるような状態と図５（ｂ）に示
されるような状態とが交互に繰り返されることにより、
膨脹側気室４ｆで不足する空気を外部から補いつつ、更
に、その空気を１：５の比率で圧縮して圧縮側気室４ｅ
の側に供給するといったことが可能である。最終的に
は、図５（ａ）の状態における膨脹側気室４ｆ及び圧縮
側気室４ｅの内圧を共に規定値である５ｋｇｆ／ｃｍ²
にまで復旧することができる。

【００３２】しかし、実際には各部からの空気の洩れは
微々たるものであるから、それを補うためには、ごく希
に図６（ａ）や図６（ｂ）に示すような揺動位置に第１
アーム２が揺動するというだけで十分であり、事実上、
定常的に図５（ａ）における膨脹側気室４ｆ及び圧縮側
気室４ｅの内圧を規定値である５ｋｇｆ／ｃｍ² に保持
することが可能である。

【００３３】ピストンロッド４ｃとシリンダヘッド４ｇ
との間、及び、シリンダ外筒４ａとシリンダヘッド４ｇ
との間の他にも、図５（ａ）に示されるように圧縮型エ
アシリンダ機構４が圧縮されて膨脹側気室４ｆの内圧が
上昇している状態でシリンダ外筒４ａとシリンダボトム
４ｂとの間で空気洩れが発生する可能性があるが、その
場合も、前記したように圧縮型エアシリンダ機構４が図
５（ｂ）に示されるように最大限度まで伸長されて膨脹
側気室４ｆが最大体積に達した段階で、膨脹側気室４ｆ
の内圧が大気圧相当の１ｋｇｆ／ｃｍ² に達するまでチ
ェック弁６を介して膨脹側気室４ｆ内に外気が送り込ま
れるので、洩れた分の空気は必ず補給されることにな
る。

【００３４】なお、バランス力を発生させるためのエア
シリンダ機構に対する空気補給開閉ゲートとして設けら
れるチェック弁６は、膨脹側気室４ｆに代えて圧縮側気
室４ｅに付設することも出来ることに注意されたい。

【００３５】このように、上記改良された密閉型エアバ
ランサは、周辺装置の簡略化とコストの軽減を可能に
し、また、実質的なメンテナンス・フリーを実現させ
る。

【００３６】

【発明が解決しようとする課題】上記改良型のエアバラ
ンサは、アキュムレータやコンプレッサーのような定期
的な人為操作（エア再充填、ボンベ交換等）やエネルギ
供給を必要とする周辺装置を装着せずとも洩れ分を補う
空気補給が可能であるという点で優れているが、空気補
給源として大気圧の外気をそのまま利用しているために
補給力が弱く、エアシリンダ機構の膨張気気室４ｆが大
気圧以下にならないと空気補給が出来ないという問題点
がある。

【００３７】即ち、上述したように、上記改良提案にな
るエアバランサにおいては、膨脹側気室４ｆの最膨張時
（図５（ｂ）参照）の内圧が大気圧（ほぼ１ｋｇｆ／ｃ
ｍ²）となるように規定圧力（前述例では５ｋｇｆ／ｃ
ｍ² ）と圧縮比（前述例では１：５）を定めた設計を採
用し、空気洩れ発生時に膨脹側気室４ｆの内圧が大気圧
（１ｋｇｆ／ｃｍ² ）を下回ったタイミングを利用して
差圧による空気補給を行なっている。

【００３８】この事は、膨脹側気室４ｆの圧縮比とシリ
ンダ断面積を変えない限り、発生可能なバランス力を増
大させることが出来ないことを意味する。そこで、本発
明の目的は、上記改良型のエアバランサに更なる改良を
加え、高い空気補給力を有し、発生可能なバランス力を
容易に増大させることが出来るエアバランサを提供する
ことにある。

【００３９】

【課題を解決するための手段】本発明は、空気洩れに応
じてこれを補う空気補給を行なう密閉型のエアバランサ
において、空気補給源として、そのエアバランサを装備
した機械の姿勢変化に伴って外気を吸入し、昇圧した上
で蓄積する機能を有する昇圧蓄積装置を用いることによ
って、上記技術課題を解決したものである。

【００４０】即ち、本発明の密閉型のエアバランサは、
装備対象機械の可動部の移動に伴って変化する姿勢に応
じてバランス力を発生するための第１のエアシリンダ機
構と、前記第１のエアシリンダ機構に発生する空気洩れ
を補うための空気補給を大気圧を上回る圧力を以て行な
う昇圧蓄積装置と、前記昇圧蓄積装置からの空気供給を
受ける際に開放されるチェック弁を含む空気供給ゲート
を備えている。

【００４１】そして、前記第１のエアシリンダ機構は、
前記装備対象機械の固定部と可動部とにまたがって設け
られており、前記可動部の移動によって固定部と可動部
との間に生じる重力負荷の変動が、前記バランス力で相
殺されるようになっている。また、前記昇圧蓄積装置
は、動作時に外気を吸入して昇圧する機能を有する第２
のエアシリンダ機構と、前記昇圧された空気を蓄積する
エアタンクを含んでいる。

【００４２】更に、前記エアタンクは、空気供給ゲート
に接続されており、前記第２のエアシリンダ機構の前記
動作のための駆動力は、前記装備対象機械の前記可動部
の移動に伴って発生するようになっている。

【００４３】一つの好ましい実施形態においては、前記
第２のエアシリンダ機構の前記動作のための駆動力は、
第２のエアシリンダ機構のピストン部に大重量を持た
せ、前記装備対象機械の前記可動部の移動に伴って前記
ピストン部に慣性力を発生させ、前記慣性力を前記第２
のエアシリンダ機構の前記動作のための駆動力として用
いるようになっている。

【００４４】また別の一つの好ましい実施形態において
は、前記第２のエアシリンダ機構の前記動作は、第２の
エアシリンダ機構のピストン部を前記装備対象機械の前
記可動部に結合し、前記可動部の移動によって前記ピス
トン部を動かすことによて実行されるようになってい
る。

【００４５】これらいずれのケースにおいても、前記エ
アタンクに、所定の圧力で開放されるリリーフ弁を設け
れば、空気洩れ補う空気補給圧を安定させることが出来
る。

【００４６】本発明のエアバランサによれば、空気補給
のためのエネルギ源や消耗性の補給源などを新たに設け
ることなく、また、第１のエアシリンダ機構を大型化し
たり圧縮比を無理に上げたりしなくとも、大きなバラン
ス力を生成することが出来る。

【００４７】

【発明の実施の形態】上記したように、本発明に従った
エアバランサは、バランス力を発生するエアシリンダ機
構の空気洩れを補う空気補給源として、装備対象機械の
姿勢変化によって動作する昇圧蓄積装置を備えている。
そして、昇圧蓄積装置は、外気吸入・昇圧用のエアシリ
ンダ機構と昇圧されたエアを蓄積するエアタンクを備
え、装備対象機械の姿勢変化によって外気吸入・昇圧用
のエアシリンダ機構が駆動されるようになっている。

【００４８】そして、装備対象機械の姿勢変化をエアシ
リンダの動作に変換するに際しては２種類の方式が採用
可能である。その１つは、エアシリンダ機構のピストン
部材に重りを支持させ、エアバランサ装備対象機械の加
減速を伴う姿勢変化によって誘起される慣性力をピスト
ン部材の駆動力として利用する方式である。

【００４９】装備対象機械の姿勢変化をエアシリンダの
伸縮運動に変換するもう一つの方式は、エアシリンダ機
構のシリンダ部とピストン部を装備対象機械の同一の動
きをしない別々の個所に結合し、装備対象機械の姿勢変
化に伴ってピストン部がシリンダ部内で滑動するように
する方式である。以下、前者の例を第１実施形態、後者
の例を第２実施形態として更に説明する。

【００５０】［第１実施形態］図１は、第１実施形態に
おいて採用される昇圧蓄積装置の基本構成と動作原理を
説明する図である。同図に示したように、エアバランサ
の空気補給源として使用される昇圧蓄積装置は、エアタ
ンク５０と、エアシリンダ機構６０と、重り７０を備え
ている。エアシリンダ機構６０自体は通常構成のもの
で、大別してシリンダ部とピストン部からなる。シリン
ダ部はシリンダ外筒６０ａ、シリンダボトム６０ｂ、シ
リンダヘッド６０ｇから構成され、ピストン部はピスト
ンロッド６０ｃ、ピストン６０ｄから構成されている。
本例では、これら諸要素は互いに別体をなし、エアシリ
ンダ機構６０はそれらのアセンブリとして具体化されて
いる。

【００５１】エアシリンダ機構６０のピストン６０ｄで
分かたれた両気室（圧縮側気室６０ｅ及び膨張圧縮側６
０ｆ。以下、単に気室６０ｅ、６０ｆと呼ぶ。）の気密
を保つために、ピストンロッド６０ｃとシリンダヘッド
６０ｇとの間には摺動用Ｏリングが設けられる。また、
シリンダ外筒６０ａとシリンダボトム６０ｂとの間やシ
リンダ外筒６０ａとシリンダヘッド６０ｇとの間にはガ
スケットが取り付けられている。なお、これらの密閉手
段には気室６０ｅ、６０ｆからの空気洩れを完全に防止
する能力はないが、後述するように、実際に本機構を機
能させる上で不都合はない。

【００５２】ピストン６０ｄは、シリンダ内部を気室６
０ｅと気室６０ｆに実質的な気密を保って区切ってい
る。従って、ピストンロッド６０ｃが図中で左方に移動
すると気室６０ｆの体積が減少して内圧が上昇する一
方、気室６０ｅの体積は増大して内圧は減少する。逆
に、ピストンロッド６０ｃが図中で右方に移動すると気
室６０ｆの体積が増大して内圧が減少する一方、気室６
０ｅの体積は減少して内圧は増大する。

【００５３】本装置に特徴的な構成は、気室６０ｅ及び
気室６０ｆが各々チェック弁５１、５２を介してエアタ
ンク５０に接続されていること、ピストンロッド６０ｃ
に重り７０が結合されていること、そしてエアタンク５
０がチェック弁を介してエアバランサ本体（バランス力
発生機構）のシリンダ部の空気補給ゲートにも接続され
ていることである。

【００５４】チェック弁５１、５２は、気室６０ｅとエ
アタンク５０の間、及び気室６０ｆとエアタンク５０の
間を繋ぐ導管５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂの途中に
設けられる。チェック弁５１、５２の向きは、図示した
通り、エアタンク５０側が気室６０ｅあるいは気室６０
ｆよりも低圧になった時に弁が開放されるように選ばれ
る（それ以外の条件では閉塞）。

【００５５】従って、エアタンク５０から気室６０ｅあ
るいは気室６０ｆへ向かう空気流は、チェック弁５１、
５２にブロックされている。即ち、気室６０ｅあるいは
気室６０ｆの内圧がエアタンク５０の内圧を上回った時
に気室６０ｅあるいは気室６０ｆからエアタンク５０へ
向かう空気流が発生するのみであり、エアタンク５０か
らこれら気室６０ｅ、６０ｆへ逆流する空気流は何時も
実質的には発生しないようになっている。

【００５６】ピストンロッド６０ｃに結合された重り７
０は、エアシリンダ機構６０を装備した機械（ここでは
ロボット）の加減速動作を利用して重り７０付のピスト
ンロッド６０ｃを駆動し、エアシリンダ機構６０を外気
を吸引・昇圧するポンプとして作動させる。そのため
に、エアシリンダ機構６０の構成要素の内、シリンダ外
筒６０ａ、シリンダボトム６０ｂ、シリンダヘッド６０
ｇは機械の可動部上（例えばロボットアーム上）に固定
される。

【００５７】この条件で、機械（ロボット）に加減速を
伴なう姿勢変化が生じると、重り７０（正確に言えば、
ピストン６０ｄ、ピストンロッド６０ｃを加えた系）が
大きな慣性を有している故、ピストン６０ｄに慣性力に
由来する駆動力が与えられ、ピストン６０ｄが図中左方
あるいは右方に駆動される。

【００５８】以下、しばらくの間、エアタンク５０との
空気流通を考えないで（チェック弁５１、５２常時閉鎖
に相当）エアシリンダ機構６０の動作について説明す
る。先ず、エアシリンダ機構６０を搭載したロボットア
ームが図中右寄りの位置から左方へ向けて加速を開始
し、等速運動を経て、減速に転じ、図中左寄りの位置で
停止に至る場合について動作を説明する。

【００５９】ロボットアームが図中左方へ加速を開始す
ると、大きな慣性を持つ重り７０は加速運動から取り残
される形になり、ピストン６０ｄは図中右方へ駆動され
ることになる。これに伴い、気室６０ｆの内圧は下降
し、膨脹側気室６０ｅの内圧は上昇する一方、［気室６
０ｆと膨脹側気室６０ｅの差圧］×［ピストン１４ｄの
断面積］に相当する収縮力（ピストンロッド６０ｃと重
り７０を引き込もうとする力）が発生する。

【００６０】ここで、もし気室６０ｆの内圧降下が大気
圧を下回るところまで進行すれば、チェック弁６２が開
放され、気室６０ｆ内に空気が流入する。

【００６１】ロボットアームの図中左方への動きが加速
を止め、等速運動に転じたとすると、やがて上記差圧に
よる駆動力でピストンロッド６０ｃと重り７０は図中左
方へ動き始める。更に、ロボットアームの図中左方への
動きが減速に転ずると、ピストンロッド６０ｃと重り７
０は図中左方への動きを継続しようとする慣性力を生
み、気室６０ｆの内圧は増大し、膨脹側気室６０ｅの内
圧は下降する。また、それに伴い、［気室６０ｆと膨脹
側気室６０ｅの差圧］×［ピストン１４ｄの断面積］に
相当する伸長力（ピストンロッド６０ｃと重り７０を押
し出そうとする力）が発生する。

【００６２】ここで、もし気室６０ｅの内圧降下が大気
圧を下回るところまで進行すれば、今度はチェック弁６
１が開放され、気室６０ｅ内に空気が流入する。

【００６３】ロボットアームが停止に至ると、気室６０
ｆと膨脹側気室６０ｅの差圧がピストン６０ｄの運動に
対するブレーキとして作用し、やがてピストン１４ｄ、
ピストンロッド６０ｃ、重り７０を停止させる。

【００６４】エアシリンダ機構６０を搭載したロボット
アームが図中右方へ動作した場合も同様の態様で慣性力
と両６０ｆ、６０ｅ間の差圧による駆動力が発生し、ま
たその間に、気室６０ｅ、６０ｆのいずれかの内圧が大
気圧を下回れば、チェック弁６１あるいは６２が開放さ
れ空気吸入が行なわれる。

【００６５】このように、エアシリンダ機構６０側で
は、機械（ロボット）の加減速動作を利用してピストン
６０ｄが左右に動かされ、気室６０ｅ及び気室６０ｆの
内圧が上昇・降下を繰り返す一方、気室６０ｅと気室６
０ｆのいずれかの気室が大気圧を下回る機会をとらえて
大気の吸入が行なわれている。気室６０ｅと気室６０ｆ
のいずれかの内圧が大気圧を下回る機会をとらえて大気
の吸入が行なわれている。

【００６６】そして、気室６０ｅあるいは気室６０ｆか
ら外部への空気放出はチェック弁６１、６２により禁じ
られているから、結局、気室６０ｅ、６０ｆの少なくと
も一方は必ず大気圧を上回る状態にあると考えることが
出来る。

【００６７】特に、ピストン６０ｄが十分右寄りあるい
は左寄りに位置まで駆動された状態では、相当圧縮比で
昇圧が達成される。チェック弁６１、６２の空気吸入作
用を考慮すると、気室６０ｅの最大圧力は、１気圧×
［エアシリンダ機構６０の最収縮時の気室６０ｅの容
積］／［エアシリンダ機構６０の最伸長時の気室６０ｅ
の容積］となる。また、気室６０ｆの最大圧力は、１気
圧×［エアシリンダ機構６０の最伸長時の気室６０ｆの
容積］／［エアシリンダ機構６０の最収縮時の気室６０
ｆの容積］となる。いずれも１気圧（１ｋｇｆ／ｃｍ
² ）を上回っていることが重要である。

【００６８】さて、ここで、エアタンク５０とエアシリ
ンダ機構６０（シリンダ内部）との間の空気の流れを考
えて見る。既述したように、エアタンク５０はチェック
弁５１、５２を介してエアシリンダ機構６０の各気室６
０ｅ、６０ｆに接続されているから、気室６０ｅ、６０
ｆの内圧がエアタンク５０の内圧を上回る毎に大気圧を
上回る圧力を以て空気の供給を受ける。従って、ロボッ
ト（一般には装備対象機械）の動作開始後は、エアタン
ク５０の内圧はほぼ常時大気圧を上回る状態に維持され
る。

【００６９】そして、長時間稼働等によりエアバランサ
本体（バランス力発生機構）のシリンダ部で空気漏れに
よる圧力降下が生じエアタンク５０の内圧を下回るよう
になと、空気補給ゲートを形成するチェック弁（図６中
符号６参照）が開放され、エアバランサ本体のシリンダ
部に対して高圧空気（大気圧以上）の補給が行なわれ
る。

【００７０】なお、重り７０はピストン６０ｄと一体的
に運動する重量物一般を概念的に表わしたものであり、
必ずしもピストンロッド６０ｃを介してピストン６０ｄ
に取り付けられている必要はない。

【００７１】例えばピストン６０ｄ自身の質量を大きく
することで慣性力を生み出すようにしても良い。その場
合更に、次に図２を参照して説明するロボットへの装備
例の如く、ピストンロッド６０ｃを除去してエアシリン
ダ機構６０を構成することも出来る。

【００７２】図２は、上記説明した昇圧蓄積装置を採用
したエアバランサを垂直多関節ロボットに装備した様子
を、（ａ）第１アームが直立した姿勢をとった状態と、
（ｂ）第１アームが時計方向に最も大きく揺動した姿勢
をとった状態で示したものである。本例は、図６に示し
た例で装備されている改良型のエアバランサの空気補給
ゲート（チェック弁６；本図ではチェック弁１６に相
当）を介して、エアバランサ本体部（エアシリンダ機
構）と上記説明した昇圧蓄積装置を接続した構造を有し
ている。

【００７３】先ず、エアバランサの本体部を構成するエ
アシリンダ機構１４自体の構造、機能、設置個所につい
ては、図６を参照して説明したものと基本的に変わると
ころはない。即ち、密閉型エアバランサの本体部を構成
する圧縮型エアシリンダ機構１４は、垂直多関節型ロボ
ットの旋回胴１１と第１アーム１２との間に装着されて
おり、図２（ａ）は、第１アーム１２が直立した状態
（重力負荷の影響によるＷ軸の回りの回転モーメントは
実質的に零）を表わし、図２（ｂ）は、第１アーム１２
が時計方向に最も傾斜した状態（重力負荷の影響による
Ｗ軸の回りの回転モーメントが最大）を表わしている。

【００７４】エアシリンダ機構１４は、ピストンロッド
１４ｃ、ピストン１４ｄ、シリンダ外筒１４ａを備え、
ピストン１４ｄの両側に密閉された圧縮側気室１４ｅと
膨張側気室１４ｆとを備えている。エアシリンダ機構１
４は、図２（ａ）の状態で最も短縮され、気室１４ｅと
気室１４ｆの内圧が釣り合う一方、図２（ｂ）の状態で
は重力負荷の影響によるＷ軸の周りの回転モーメントが
最大となる。エアシリンダ機構１４によって生成される
バランス力は、このようなＷ軸周りの回転モーメントの
少なくとも一部を相殺するように機能する。

【００７５】なお、第１アーム１２が図２（ｂ）の状態
から更に時計方向に揺動して完全な水平状態となれば、
図２（ｂ）の状態以上に重力負荷による回転モーメント
が作用することになるが、ここでも図６の例と同様、旋
回胴１１と第１アーム１２との間に機械的なストッパ
（図示省略）が設けられており、第１アーム１２の揺動
限度が図２（ｂ）に示される状態に規制されている。従
って、第１アーム１２はこれ以上は揺動せず、重力負荷
の影響によるＷ軸の周りの回転モーメントが最大となる
ときの姿勢も図２（ｂ）の状態に規制される。

【００７６】エアシリンダ機構１４はこの図２（ｂ）の
状態で最も伸長され、膨脹側気室１４ｆの体積は最大、
内圧は最低となる一方、圧縮された気室１４ｅの体積は
最小、内圧は最大となる。その結果、［両室の差圧］×
［ピストン１４ｄの断面積］のバランス力が発生する。
このバランス力は重力負荷の影響によるＷ軸の周りの回
転モーメントを完全に打ち消すことが望ましいので、ピ
ストン１４ｄの断面積は図２（ｂ）の状態で作用してい
る重力負荷による回転モーメントの値等を考慮して決め
るようにする。

【００７７】ここで、敢えて回転モーメントの値等とい
う理由も図６の関連説明で触れた通りである。即ち、回
転モーメントの他に、Ｗ軸の回転中心に対するピストン
ロッド１４ｃの枢着点のオフセット量や、図２（ａ）に
示されるような釣り合い状態における両気室１４ｅ、１
４ｆの内圧が影響するからである。

【００７８】さて、本例のエアシリンダ機構１４におい
てもシリンダ各所からの空気洩れを防ぐために、摺動用
Ｏリングやガスケットが使用されているが、これらの密
閉手段によって空気洩れを完全に防止することは不可能
である。

【００７９】この空気洩れによる空気不足を補うため
に、空気補給のための開閉ゲートを形成するチェック弁
１６及び圧縮側気室１４ｅと膨脹側気室１４ｆの連通経
路の開閉ゲートを形成するチェック弁１７が設けられて
いる。チェック弁１６、１７は、通常、気室１４ｅ、１
４ｆから引き出された導管１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１
７ｂの途中に設けられる。

【００８０】このようなチェック弁１６、１７の設け
方、並びにその機能は基本的には図６に示したエアバラ
ンサの場合と同じであるが、エアシリンダ機構１４に対
する空気補給ゲートをなすチェック弁１６は、大気圧の
外部に開放されているのではなく、上述した昇圧蓄積装
置に結合されている。

【００８１】昇圧蓄積装置は、エアタンク５０とエアシ
リンダ機構６０を備えている。エアシリンダ機構６０
は、シリンダ外筒６０ａ、シリンダボトム６０ｂ、シリ
ンダヘッド６０ｇから構成されるシリンダ部を有し、こ
れにピストン６０ｋが挿嵌されている。ピストン６０ｋ
は、前述した重り７０の役割を兼ねるように大重量のブ
ロックで構成されたもので、シリンダ外部に延びるピス
トンロッド（図１中符号６０ｃ参照）は設けられていな
い。

【００８２】エアシリンダ機構６０のピストン６０ｋ
は、シリンダ内部を気室６０ｅと気室６０ｆに実質的な
気密を保って区切っている。従って、ピストン６０ｋの
シリンダ内部における占有位置の変化に応じて、気室６
０ｅの体積減少（圧力増大）と気室６０ｆの体積増大
（圧力減少）あるいは気室６０ｅの体積増大少（圧力減
少）と気室６０ｆの体積減少（圧力増大）が起る。

【００８３】気室６０ｅ、６０ｆは各々導管５１ａ、５
１ｂ、５２ａ、５２ｂ上に設けられたチェック弁５１、
５２を介してエアタンク５０に接続されており、エアタ
ンク５０側が気室６０ｅあるいは気室６０ｆよりも低圧
になった時に、チェック弁５１または５２が開放され、
エアタンク５０に高圧空気が送り込まれる（それ以外の
条件では閉塞）。

【００８４】本実施形態では、エアシリンダ機構６０の
駆動力としてピストン６０ｋの慣性力を利用するため
に、シリンダ部は第１アーム１２（一般には可動部）に
対して固定された状態で（一体的に）装着される。エア
シリンダ機構６０を外気を吸引するポンプと作動させ
る。これに対して、ピストン６０ｋはエアシリンダ機構
６０のシリンダ内部で滑動自在に保持されており、ロボ
ット（装備対象機械）のいかなる部位に対しても固定さ
れていない（後述する第２実施形態と相違）。

【００８５】この条件で、機械（ロボット）に加減速を
伴なう姿勢変化、図２（ａ）→図２（ｂ）あるいは図２
（ｂ）→図２（ａ）が生じると、ピストン６０ｋが大き
な慣性を有している故、ピストン６０ｋに慣性力に由来
する駆動力が与えられ、ピストン６０ｋが駆動され、シ
リンダ内を往復するように滑動する。

【００８６】すると、既に図１を参照して詳しく説明し
たように、気室６０ｅあるいは６０ｆの一方の内圧が大
気圧を下回る機会を捉えて空気吸入が行なわれ、また、
気室６０ｅあるいは６０ｆの一方の圧縮時に内圧が上昇
する。そして、エアタンク５０の内圧を上回ることがあ
れば、大気圧を上回る空気がエアタンク５０に供給され
る。

【００８７】従って、ロボットの動作開始後は、長期間
休止がない限り、エアタンク５０の内圧は大気圧を上回
る状態に維持される。なお、ロボットが活発に動き、エ
アシリンダ機構６０の吸気・昇圧作用が効きすぎると、
エアタンク５０の内圧が過剰に高くなる恐れがある。そ
こで、エアタンク５０に規定圧力（例えば５気圧＝５ｋ
ｇｆ／ｃｍ² ）で開放されるリリーフ弁５３を設けるこ
とが好ましい。ロボットの長時間稼働等によりエアバラ
ンサ本体のシリンダ機構１４のシリンダ部で空気漏れが
生じ、気室１４ｆの内圧がエアタンク５０の内圧を下回
るようになると、空気補給ゲートを形成するチェック弁
１６が開放され、エアバランサ本体のシリンダ部に高圧
空気（大気圧を上回る圧力の空気）が流入する。

【００８８】従って、本実施形態のエアバランサにおい
ては、図６に示したものと異なり、エアシリンダ機構１
４の気室１４ｆの最低内圧（動作圧力）をエアタンンク
５０の内圧（大気圧より高いことに注意）にほぼ一致さ
せることが出来る。特に、エアタンク５０に規定圧力
（例えば５気圧＝５ｋｇｆ／ｃｍ² ）で開放されるリリ
ーフ弁５３を設けた場合には、エアシリンダ機構１４の
気室１４ｆの最低内圧を大気圧を越えた一定値とするこ
とが出来る。

【００８９】例えばエアタンンク５０の内圧を５気圧＝
５ｋｇｆ／ｃｍ² に保った場合、エアシリンダ機構１４
の気室１４ｆの最低内圧も５気圧＝５ｋｇｆ／ｃｍ² と
なり、図６に示した改良型のエアバランサと比べ、ピス
トン断面積と圧縮比を変えずともほぼ５倍のバランス力
を発揮出来る。しかも、装備対象機械の可動部の加減速
制動作を利用してこのような高パワーが維持される。従
って、エアバランサのためのエネルギ供給源を別に設け
る必要がなくなり、人為的な空気再充填なども不要であ
る。

【００９０】［第２実施形態］本実施形態も、バランス
力を発生するエアシリンダ機構の空気洩れを補う空気補
給源として、装備対象機械の姿勢変化によって動作する
昇圧蓄積装置を採用している。昇圧蓄積装置は、外気吸
入・昇圧用のエアシリンダ機構と昇圧されたエアを蓄積
するエアタンクを備え、装備対象機械（ロボット）の姿
勢変化によって外気吸入・昇圧用のエアシリンダ機構６
０が駆動されるようになっている。

【００９１】本実施形態が第１実施形態と異なるのは、
装備対象機械（ロボット）の姿勢変化を外気吸入・昇圧
用のエアシリンダ機構の動作に変換するにために、エア
シリンダ機構のシリンダ部とピストン部を装備対象機械
の同一の動きをしない別々の個所に結合し、装備対象機
械の姿勢変化に伴ってピストン部がシリンダ部内で滑動
するようにして点にある。

【００９２】以下、図３を参照して更に説明するが、第
１実施形態と共通した事項については、適宜繰り返し説
明を省略する。図２は、本発明の特徴に従って昇圧蓄積
装置を採用したエアバランサを第１実施形態とは別の形
態で垂直多関節ロボットに装備した様子を、（ａ）第１
アームが直立した姿勢をとった状態と、（ｂ）第１アー
ムが時計方向に最も大きく揺動した姿勢をとった状態で
示したものである。

【００９３】先ず、エアバランサの本体部を構成するエ
アシリンダ機構１４自体の構造、機能、設置個所につい
ては、第１実施形態を参照して説明したものと全く変わ
るところはないので極く簡単に述べる。即ち、密閉型エ
アバランサの本体部を構成する圧縮型エアシリンダ機構
１４は、垂直多関節型ロボットの旋回胴１１と第１アー
ム１２との間に装着されており、図３（ａ）は、第１ア
ーム１２が直立した状態（重力負荷の影響によるＷ軸の
回りの回転モーメントは実質的に零）を表わし、図３
（ｂ）は、第１アーム１２が時計方向に最も傾斜した状
態（重力負荷の影響によるＷ軸の回りの回転モーメント
が最大）を表わしている。

【００９４】エアシリンダ機構１４は、ピストンロッド
１４ｃ、ピストン１４ｄ、シリンダ外筒１４ａを備え、
ピストン１４ｄの両側に密閉された圧縮側気室１４ｅと
膨張側気室１４ｆとを備えている。エアシリンダ機構１
４は、図３（ａ）の状態で最も短縮され、気室１４ｅと
気室１４ｆの内圧が釣り合う一方、図３（ｂ）の状態で
は重力負荷の影響によるＷ軸の周りの回転モーメントが
最大となる。

【００９５】エアシリンダ機構１４によって生成される
バランス力は、このようなＷ軸周りの回転モーメントの
少なくとも一部を相殺するように機能する。なお、本実
施形態においても、旋回胴１１と第１アーム１２との間
に機械的なストッパ（図示省略）が設けられており、第
１アーム１２の揺動限度が図３（ｂ）に示される状態に
規制されている。

【００９６】エアシリンダ機構１４はこの図３（ｂ）の
状態で最も伸長され、膨脹側気室１４ｆの体積は最大、
内圧は最低となる一方、圧縮された気室１４ｅの体積は
最小、内圧は最大となる。その結果、［両室の差圧］×
［ピストン１４ｄの断面積］のバランス力が発生する。
なお、本実施形態においても、バランス力が重力負荷の
影響によるＷ軸の周りの回転モーメントを完全に打ち消
すことが望ましいので、ピストン１４ｄの断面積は図３
（ｂ）の状態で作用している重力負荷による回転モーメ
ントの値等を考慮して決めるようにする。

【００９７】本例のエアシリンダ機構１４においても発
生し得るシリンダ各所からの空気洩れによる空気不足を
補うために、空気補給のための開閉ゲートを形成するチ
ェック弁１６及び圧縮側気室１４ｅと膨脹側気室１４ｆ
の連通経路の開閉ゲートを形成するチェック弁１７が設
けられている。チェック弁１６、１７は、気室１４ｅ、
１４ｆから引き出された導管１６ａ、１６ｂ、１７ａ、
１７ｂの途中に設けられている。

【００９８】チェック弁１６、１７の設け方、並びにそ
の機能は図２に示したエアバランサの場合と同じであ
る。そして、エアシリンダ機構１４に対する空気補給ゲ
ートをなすチェック弁１６は、やはり昇圧蓄積装置に結
合されている。

【００９９】本実施形態で使用される昇圧蓄積装置は、
エアタンク５０とエアシリンダ機構６０を備え、エアシ
リンダ機構６０がシリンダ外筒６０ａ、シリンダボトム
６０ｂ、シリンダヘッド６０ｇから構成されるシリンダ
部を有している。この点は、第１実施形態と変わりがな
い。

【０１００】しかし、ピストン部は、第１実施形態で用
いたシリンダ機構とは若干異なっている。即ち、本実施
形態で使用される昇圧蓄積装置のシリンダ機構６０で
は、ピストン６０ｄがピストンロッド６０ｃ付きで設け
られている。そして、このピストン６０ｄ自身あるいは
付属物に大重量は要求されない。その代わり、シリンダ
外部に延びるピストンロッド６０ｃの端部が、第１アー
ム１２の適所に枢軸的に取り付けられている。即ち、本
実施形態で用いれらる空気吸入・昇圧用のシリンダ機構
６０は、前出の図１の概念図において、重り７０を第１
アーム１２（装備対象機械の可動部）に置き換えたもの
に相当している。

【０１０１】従って、第１アーム１２の搖動に従って、
ピストン６０ｄのシリンダ内部における位置が変化し、
気室６０ｅの体積減少（圧力増大）と気室６０ｆの体積
増大（圧力減少）あるいは気室６０ｅの体積増大少（圧
力減少）と気室６０ｆの体積減少（圧力増大）が起る。

【０１０２】気室６０ｅ、６０ｆは各々導管５１ａ、５
１ｂ、５２ａ、５２ｂ上に設けられたチェック弁５１、
５２を介してエアタンク５０に接続されており、エアタ
ンク５０側が気室６０ｅあるいは気室６０ｆよりも低圧
になった時に、チェック弁５１または５２が開放され、
エアタンク５０に高圧空気が送り込まれる（それ以外の
条件では閉塞）。

【０１０３】図１を参照して既に説明した原理により、
気室６０ｆ、６０ｅがエアタンク５０の内圧を上回るこ
とがあれば、大気圧を上回る空気がエアタンク５０に供
給され。従って、ロボットの動作開始後は、エアタンク
５０の内圧はほぼ常時大気圧を上回る状態に維持され
る。なお、ロボットが活発に動き、エアシリンダ機構６
０の吸気・昇圧作用が効きすぎると、エアタンク５０の
内圧が過剰に高くなる恐れがある。そこで、本実施形態
においてもエアタンク５０に規定圧力（例えば５気圧＝
５ｋｇｆ／ｃｍ² ）で開放されるリリーフ弁５３が設け
られることが好ましい。

【０１０４】ロボットの長時間稼働等によりエアバラン
サ本体のシリンダ機構１４のシリンダ部で空気漏れが生
じ、気室１４ｆの内圧がエアタンク５０の内圧を下回る
ようになると、空気補給ゲートを形成するチェック弁１
６が開放され、エアバランサ本体のシリンダ部に高圧空
気（大気圧を上回る圧力の空気）が流入する。

【０１０５】従って、本実施形態のエアバランサにおい
ても、第１実施形態と同様、エアシリンダ機構１４の気
室１４ｆの最低内圧（動作圧力）をエアタンンク５０の
内圧（大気圧より高いことに注意）にほぼ一致させるこ
とが出来る。特に、エアタンク５０に規定圧力（例えば
５気圧＝５ｋｇｆ／ｃｍ² ）で開放されるリリーフ弁５
３を設けた場合には、エアシリンダ機構１４の気室１４
ｆの最低内圧を大気圧を越えた一定値とすることが出来
る。

【０１０６】例えばエアタンンク５０の内圧を５気圧＝
５ｋｇｆ／ｃｍ² に保った場合、エアシリンダ機構１４
の気室１４ｆの最低内圧も５気圧＝５ｋｇｆ／ｃｍ² と
なり、やはり図６に示した改良型のエアバランサと比
べ、ピストン断面積と圧縮比を変えずともほぼ５倍のバ
ランス力を発揮出来る。しかも、装備対象機械の可動部
の加減速制動作を利用してこのような高パワーが維持さ
れる。従って、エアバランサのためのエネルギ供給源を
別に設ける必要がなくなり、人為的な空気再充填なども
不要である。

【０１０７】以上２つの実施形態においては、バランス
力を発生させるためのエアシリンダ機構に対する空気補
給開閉ゲートとして設けられるチェック弁１６を膨脹側
気室１４ｆに設けている。しかし、図６の関連説明でも
触れたように、膨脹側気室１４ｆでなく圧縮側気室１４
ｅに付設しても、図２（ａ）あるいは図３（ａ）の状態
で空気補給を受けることは可能である。従って、そのよ
うな形態で本発明を実施することも出来る。

【０１０８】

【発明の効果】本発明の密閉型エアバランサは、バラン
ス力を発生するエアシリンダからの空気洩れを補うため
の補給源として、装備対象機械の姿勢変化に伴って作す
る昇圧蓄積装置を用いているので、それ自体空気の再充
填なの必要なアキュムレータ、あるいは別途エネルギ供
給を必要とするコンプレッサなどの周辺装置を配備して
エアシリンダに空気の補給を行う必要がなく、密閉型エ
アバランサの実質的なメンテナンス・フリーを達成する
ことが可能となる。

【０１０９】また、バランス力を発生するエアシリンダ
の空気洩れを大気圧以上の空気で補うことが出来るの
で、大きなバランス力を発生する密閉型エアバランサを
構成することが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態で採用される昇圧蓄積
装置の基本構成と動作原理について説明するための概念
図である。

【図２】本発明の第１の実施形態について説明する図
で、（ａ）第１アームが直立した姿勢をとった状態と、
（ｂ）第１アームが時計方向に最も大きく揺動した姿勢
をとった状態が示されている。

【図３】本発明の第２の実施形態について説明する図
で、（ａ）第１アームが直立した姿勢をとった状態と、
（ｂ）第１アームが時計方向に最も大きく揺動した姿勢
をとった状態が示されている。

【図４】従来より使用されている旧来方式の密閉型エア
バランサを垂直多関節型ロボットへ取り付けた状態を、
（ａ）第１アームが直立した姿勢、（ｂ）第１アームが
時計方向に最も大きく揺動した姿勢で簡略化して示した
図である。

【図５】改良型のエアバランサの基本構成と動作原理に
ついて説明するための概念図で、（ａ）は第１アームが
直立した姿勢をとった状態、（ｂ）は第１アームが時計
方向に最も大きく揺動した姿勢をとった状態を表わして
いる。

【図６】改良型の密閉型エアバランサを垂直多関節型ロ
ボットへ取り付けた状態を、（ａ）第１アームが直立し
た姿勢、（ｂ）第１アームが時計方向に最も大きく揺動
した姿勢で簡略化して示した図である。

【符号の説明】

１旋回胴２第１アーム３圧縮型エアシリンダ機構３ａシリンダ外筒３ｂシリンダボトム３ｃピストンロッド３ｄピストン３ｅ圧縮側気室３ｆ膨脹側気室３ｇシリンダヘッド４、１４エアシリンダ機構４ａ、１４ａシリンダ外筒４ｂ、１４ｂシリンダボトム４ｃ、１４ｃピストンロッド４ｄ、１４ｄピストン４ｅ、１４ｅ圧縮側気室４ｆ、１４ｆ膨脹側気室４ｇ、１４ｇシリンダヘッド５密閉型エアバランサ６、７チェック弁６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ導管５０エアタンク５２、５１チェック弁５２ａ、５２ｂ、５１ａ、５１ｂ導管５３リリーフ弁６０エアシリンダ機構（昇圧蓄積装置に搭載）６０ａシリンダ外筒６０ｂシリンダボトム６０ｃピストンロッド６０ｄピストン６０ｅ、６０ｆ気室６０ｇシリンダヘッド６０ｋピストン（大重量）６１、６２チェック弁６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ導管７０重り

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】装備対象機械の可動部の移動に伴って変
化する姿勢に応じてバランス力を発生するための第１の
エアシリンダ機構と、前記第１のエアシリンダ機構に発
生する空気洩れを補うための空気補給を大気圧を上回る
圧力を以て行なう昇圧蓄積装置と、前記昇圧蓄積装置か
らの空気供給を受ける際に開放されるチェック弁を含む
空気供給ゲートを備えた密閉型エアバランサにおいて、前記第１のエアシリンダ機構は、前記装備対象機械の固
定部と可動部とにまたがって設けられており、前記可動
部の移動によって固定部と可動部との間に生じる重力負
荷の変動が、前記バランス力で相殺されるようになって
おり、前記昇圧蓄積装置は、動作時に外気を吸入して昇圧する
機能を有する第２のエアシリンダ機構と、前記昇圧され
た空気を蓄積するエアタンクを含み、前記エアタンクは、空気供給ゲートに接続されており、前記第２のエアシリンダ機構の前記動作のための駆動力
は、前記装備対象機械の前記可動部の移動に伴って発生
するようになっている、前記密閉型エアバランサ。
【請求項２】装備対象機械の可動部の移動に伴って変
化する姿勢に応じてバランス力を発生するための第１の
エアシリンダ機構と、前記第１のエアシリンダ機構に発
生する空気洩れを補うための空気補給を大気圧を上回る
圧力を以て行なう昇圧蓄積装置と、前記昇圧蓄積装置か
らの空気供給を受ける際に開放されるチェック弁を含む
空気供給ゲートを備えた密閉型エアバランサにおいて、前記第１のエアシリンダ機構は、前記装備対象機械の固
定部と可動部とにまたがって設けられており、前記可動
部の移動によって固定部と可動部との間に生じる重力負
荷の変動が、前記バランス力で相殺されるようになって
おり、前記昇圧蓄積装置は、動作時に外気を吸入して昇圧する
機能を有する第２のエアシリンダ機構と、前記昇圧され
た空気を蓄積するエアタンクを含み、前記エアタンクは、空気供給ゲートに接続されており、前記第２のエアシリンダ機構の前記動作のための駆動力
は、第２のエアシリンダ機構のピストン部に大重量を持
たせ、前記装備対象機械の前記可動部の移動に伴って前
記ピストン部に慣性力を発生させ、前記慣性力を前記第
２のエアシリンダ機構の前記動作のための駆動力として
用いるようにした、前記密閉型エアバランサ。
【請求項３】装備対象機械の可動部の移動に伴って変
化する姿勢に応じてバランス力を発生するための第１の
エアシリンダ機構と、前記第１のエアシリンダ機構に発
生する空気洩れを補うための空気補給を大気圧を上回る
圧力を以て行なう昇圧蓄積装置と、前記昇圧蓄積装置か
らの空気供給を受ける際に開放されるチェック弁を含む
空気供給ゲートを備えた密閉型エアバランサにおいて、前記第１のエアシリンダ機構は、前記装備対象機械の固
定部と可動部とにまたがって設けられており、前記可動
部の移動によって固定部と可動部との間に生じる重力負
荷の変動が、前記バランス力で相殺されるようになって
おり、前記昇圧蓄積装置は、動作時に外気を吸入して昇圧する
機能を有する第２のエアシリンダ機構と、前記昇圧され
た空気を蓄積するエアタンクを含み、前記エアタンクは、空気供給ゲートに接続されており、前記第２のエアシリンダ機構の前記動作は、第２のエア
シリンダ機構のピストン部を前記装備対象機械の前記可
動部に結合し、前記可動部の移動によって前記ピストン
部を動かすことによて実行されるようにした、前記密閉
型エアバランサ。
【請求項４】前記エアタンクに、所定の圧力で開放さ
れるリリーフ弁が設けられている、請求項１〜請求項３
のいずれか１項に記載された密閉型エアバランサ。