WO2022071074A1 - バランサ装置 - Google Patents

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movable member
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俊伯 大橋
将一 古田
浩 中川
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    • F16M—FRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M2200/00—Details of stands or supports
    • F16M2200/04—Balancing means
    • F16M2200/044—Balancing means for balancing rotational movement of the undercarriage

Definitions

  • a gravity balancer for a robot is known that reduces a load moment due to gravity acting on the first arm of a robot by applying a force in a direction of pushing out from the housing to a rod by a compression coil spring in the housing (for example, Patent Document). See 1.).
  • One aspect of the present disclosure is a housing provided with a tubular body portion, a front end plate and a rear end plate that close both ends of the body portion in the axial direction, and the front end plate is penetrated in the plate thickness direction to form the shaft.
  • a rod that is movably supported along the direction, a movable member that is fixed to the rod and housed in the housing, a compression coil spring that is arranged between the movable member and the rear end plate, and the shaft.
  • It is a balancer device including a connecting member for connecting the rod and the rear end plate with a play larger than the stroke of the rod in the direction.
  • FIG. 8 is a vertical cross-sectional view showing a state in which the compression coil spring is most extended in the balancer device of FIG. It is a vertical sectional view which shows the 1st modification of the balancer apparatus of FIG. It is a vertical sectional view which shows the 2nd modification of the balancer apparatus of FIG. It is a vertical sectional view which shows the 3rd modification of the balancer apparatus of FIG. It is a vertical sectional view which shows the 4th modification of the balancer apparatus of FIG.
  • the balancer device 100 according to the first embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the balancer device 100 according to the present embodiment is mounted on, for example, a ceiling-mounted robot 1 suspended from the ceiling.
  • the ceiling-mounted robot 1 includes a base 2 installed on the ceiling, a swivel cylinder 3 rotatably supported with respect to the base 2 around the first axis J1 extending in the vertical direction, and a second axis J2 extending in the horizontal direction. It is provided with an arm 4 rotatably supported around the swivel cylinder 3.
  • the balancer device 100 is arranged between the swivel cylinder 3 and the arm 4.
  • the balancer device 100 includes a housing 10, a rod 20, a movable member 30, a compression coil spring 40, and a connecting member 50.
  • the housing 10 includes a cylindrical body portion 11 and a flat plate-shaped front end plate 12 and a rear end plate 13 that close both ends of the body portion 11 in the direction of the central axis (axis) OL1.
  • the front end plate 12 and the rear end plate 13 are fixed to the body portion 11 by, for example, bolts (not shown). Further, either one of the front end plate 12 and the rear end plate 13 may be integrated with the body portion 11.
  • a through hole penetrating in the plate thickness direction is provided in the center of the front end plate 12.
  • a through hole 13h penetrating in the plate thickness direction is provided in the center of the rear end plate 13, and a plurality of screw holes are provided around the through hole 13h.
  • the rod 20 is movably supported by a bearing 12b arranged in a through hole provided in the front end plate 12 in a direction along the central axis OL1 with respect to the housing 10.
  • the bearing 12b may be integrated with the front end plate 12 instead of being a separate part.
  • a mounting block 21 for attaching the rod 20 to the arm 4 is fixed to one end of the rod 20 arranged outside the housing 10.
  • a movable member 30 is fixed to the other end of the rod 20 arranged inside the housing 10.
  • the movable member 30 is formed in a disk shape having an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the body portion 11 of the housing 10.
  • the rod 20 is formed by a nut fastened to a male screw formed at the other end of the rod 20. It is fixed to the other end.
  • the mounting seat surface 51b is provided with a plurality of through holes penetrating in the axial direction of the main body portion 51a. With the main body 51a inserted into the through hole 13h of the rear end plate 13 from the outside, the bolt 15 that penetrates the through hole of the mounting seat surface 51b is fastened to the screw hole of the rear end plate 13 for the first connection. The piece 51 is fixed to the rear end plate 13.
  • the second connecting piece 52 has a cylindrical main body portion 52a having an outer diameter capable of penetrating the inner diameter of the stopper 51c, and a radial outer diameter larger than the inner diameter of the stopper 51c from the outer peripheral surface of one end of the main body portion 52a. It is provided with a flange-shaped abutting portion (butting surface) 52b protruding from the surface. Further, the second connecting piece 52 includes a collar-shaped bottom plate 52c that protrudes inward in the radial direction from the inner peripheral surface of the other end of the main body portion 52a. The bottom plate 52c is provided with a through hole that penetrates in the axial direction of the main body 52a and allows the male screw of the rod 20 to penetrate.
  • the second connecting piece 52 is fixed to the rod 20 together with the movable member 30 by penetrating the male screw of the rod 20 through the through hole of the bottom plate 52c and tightening together with a nut fastened to the male screw of the rod 20.
  • the rod 20 changes its position with respect to the housing 10 according to the rotation angle of the arm 4 with respect to the swivel cylinder 3.
  • the abutting portion 52b of the second connecting piece 52 and the stopper 51c of the first connecting piece 51 are arranged with a gap and are mutually arranged.
  • the positional relationship that does not come into contact with is maintained. That is, the connecting member 50 connects the movable member 30 and the rear end plate 13 in the direction of the central axis OL1 with a play larger than the stroke of the rod 20.
  • the balancer device 100 configured in this way will be described below.
  • the arm 4 when the arm 4 is extended forward as shown in FIG. 1, the arm 4 has a second axis due to gravity.
  • the gravitational load moment of GF acts around J2.
  • the balancer device 100 pushes the rod 20 outward from the housing 10 by the elastic force of the compression coil spring 40, and the force acts on the second mounting axis J12 eccentric from the second axis J2. , Generates an auxiliary torque in a direction that opposes the gravitational load moment.
  • the rear end plate 13 tends to pop out rearward.
  • the stopper 51c and the abutting portion 52b abut against each other, and the rear end plate 13 is moved to the rear. Further movement is restricted. This makes it possible to prevent the rear end plate 13 from popping out to the rear.
  • first connecting piece 51 and the second connecting piece 52 do not come into contact with each other during operation, a large elastic force due to the compression coil spring 40 does not act, and even if the first connecting piece 51 and the second connecting piece 52 are operated for a long time. , Fatigue due to stress does not accumulate. Therefore, since the first connecting piece 51 and the second connecting piece 52 are less likely to deteriorate than the housing 10 that is constantly receiving the elastic force of the compression coil spring 40, even if the housing 10 breaks due to deterioration, the rear end plate 13 Can be reliably prevented from popping out.
  • the stopper 51c is arranged closer to the movable member 30 than the rear end plate 13 by utilizing the space inside the compression coil spring 40, the abutting portion 52b is also arranged accordingly. It can be brought closer to the movable member 30. That is, since the abutting portion 52b approaches the bottom plate 52c, there is an advantage that the axial dimension of the second connecting piece 52 can be kept small.
  • the main body portion 51a of the first connecting piece 51 into a tubular shape and accommodating the abutting portion 52b inside the main body portion 51a, the radial dimension of the second connecting piece 52 provided with the abutting portion 52b can be suppressed to a small size. There is also the advantage of being able to do it.
  • the main body portion 52a by forming the main body portion 52a into a cylindrical shape in addition to the main body portion 51a, the through hole provided in the bottom plate 52c can be visually recognized from the outside on the rear end plate 13 side.
  • the male screw of the rod 20 penetrated through the through hole of the bottom plate 52c and the nut fastened to the male screw can be easily accessed from the outside. That is, the connecting member 50 can be attached to and detached from the outside of the housing 10, and the workability of the assembling work and the disassembling work of the balancer device 100 can be improved.
  • the first connecting piece 51 provided with the stopper 51c is separated from the rear end plate 13 and fixed to the rear end plate 13 with bolts 15, but instead of this, FIG. 5 As shown in, the first connecting piece 51 may be integrally configured with the rear end plate 13. In this case, the bolt 15 for fixing the first connecting piece 51 to the rear end plate 13 becomes unnecessary, and the number of parts and the assembly man-hours can be reduced.
  • the peripheral edge portion of the through hole 13h of the rear end plate 13 may be used as the stopper 51c.
  • the second connecting piece 52 has an outer diameter in which the abutting portion 52b is larger than the inner diameter of the through hole 13h of the rear end plate 13, and the main body portion 52a is inserted from the outside of the through hole 13h. In this state, it may be fixed to the movable member 30. Thereby, the rear end plate 13 can be made into a simpler shape.
  • the main body portion 52a of the second connecting piece 52 has a cylindrical shape, but instead, the main body portion 52a may have a rod shape. In this case, there is an advantage that the structure of the second connecting piece 52 can be simplified.
  • the connecting member 50 may be made of a flexible striatum, for example, a metal wire.
  • one end of the connecting member 50 has a loop shape, and the connecting member 50 is fastened to the rear end plate 13 with a bolt 17 passed through the inside of the loop.
  • One end of the bolt 17 is sandwiched between the bolt head of the bolt 17 and the rear end plate 13 and fixed.
  • the other end of the connecting member 50 is fixed to the movable member 30, and the length of the portion spanned between the rear end plate 13 of the connecting member 50 and the movable member 30 is slightly smaller than the maximum stroke of the rod 20. Set long.
  • the connecting member 50 is bent within the entire stroke range of the rod 20, but when the housing 10 is separated and the distance between the rear end plate 13 and the movable member 30 is increased, the connecting member 50 is bent. By being stretched without any tension, the rearward movement of the rear end plate 13 is restricted.
  • the balancer device 100 has a simpler structure, it is possible to prevent the rear end plate 13 from jumping out to the rear. Further, when the housing 10 is not separated, the connecting member 50 can be freely bent, and the housing 10 can be efficiently accommodated in the housing 10 to reduce the size of the housing 10.
  • the present invention is not limited to this, and the rear is not limited to this, regardless of the breaking position of the housing 10. It is possible to prevent the end plate 13 from popping out.
  • the second member 52 in order to secure the play between the abutting portion 52b of the second member 52 and the stopper 51c of the first member 51, the second member 52 is elongated and abutted.
  • the portion 52b is arranged at a position distant from the movable member 30 in the direction along the central axis OL1.
  • the balancer device 200 according to the present embodiment has a short dimension in the direction along the central axis OL1 of the second member 152, and the rod 120 is the central axis of the housing 10. It is configured to be as long as the length in the direction along OL1.
  • FIG. 9 even when the rod 120 is maximally projected from the front end plate 12, the play between the abutting portion 52b of the second member 152 and the stopper 51c of the first member 151 is secured.
  • the rod 120 has a rod body 121 having a first outer diameter dimension fitted to the bearing 12b and a second outer diameter dimension smaller than the rod body 121. However, it is provided with a small diameter portion (shock absorbing portion) 122 arranged on the rear end plate 13 side of the rod main body 121. A step portion 123 is provided between the rod body 121 and the small diameter portion 122 to abut the surface of the movable member 30 on the front end plate 12 side, and a nut (fastener) is provided on the rear end plate 13 side of the small diameter portion 122. A male threaded portion (threaded portion) 124 capable of fastening the 125 is provided. Further, the same as in the first embodiment, the movable member 30 and the second member 152 are sandwiched and fixed between the nut 125 fastened to the male screw portion 124 and the step portion 123.
  • the length dimension of the small diameter portion 122 is sufficiently longer than that of the balancer device 100 according to the first embodiment, and is equivalent to the length dimension in the direction along the central axis OL1 of the first member 151.
  • a cylindrical spacer 70 having a through hole 70a for passing the small diameter portion 122 through the inner hole is sandwiched between the movable member 30 and the second member 152.
  • the rod 120 and the second member 152 are made of carbon steel, and the first member 151 is made of a casting.
  • the small diameter portion 122 is a portion of the rod 120 having the smallest diameter, and has a cross-sectional area smaller than the minimum cross-sectional area of the first member 151 and the minimum cross-sectional area of the second member 152. Further, the diameter dimension of the small diameter portion 122 is assumed to be due to the rear end plate 13 and the body portion 11 being separated from each other and the stopper 51c of the first member 151 colliding with the abutting portion 52b of the second member 152. Even if the maximum impact force is applied, the dimensions are set so that they can be elastically deformed or plastically deformed in the length direction without breaking.
  • a tapered surface 152a that tapers toward the front end plate 12 side is provided at a portion arranged radially outward from the outer peripheral surface of the spacer 70.
  • a ring plate-shaped rubber plate (buffer member) 80 is fixed to the annular abutting portion 52b of the second member 152.
  • the balancer device 200 configured in this way will be described below.
  • the stopper 51c of the first member 151 and the abutting portion 52b of the second member 152 collide with each other.
  • the rear end plate 13 is restricted from jumping out to the rear.
  • the impact force generated by the collision is received by the rod 120, the first member 151 and the second member 152, but the small diameter portion 122 of the rod 120 having a smaller cross-sectional area than the other portions is deformed most. ..
  • the small diameter portion 122 is configured to be sufficiently long, the impact energy is absorbed by the small diameter portion 122 being deformed in the direction of the central axis OL1. That is, by increasing the length of the small diameter portion 122, there is an advantage that a large amount of strain allowed without breaking can be secured, and a large impact energy can be absorbed accordingly.
  • the second member 152 can be configured more compactly than in the first embodiment. Since the second member 152 is a member that collides with the first member 151, it is made of an expensive material having high ductility. On the other hand, the spacer 70 is a member that does not require particular strength, and can be made of a cheaper material. Therefore, by making the second member 152 compact, there is an advantage that the cost required for the material and processing can be reduced.
  • the outer diameter dimension of the spacer 70 is set small in order to reduce the weight of the spacer 70, the amount of protrusion of the second member 152 radially outward from the outer peripheral surface of the spacer 70 increases, but the tapered surface 152a
  • the stopper 51c even if the stopper 51c collides with the protruding portion, the stopper 51c moves along the tapered surface 152a, and the final collision can be limited to the abutting portion 52b of the second member 152.
  • the rubber plate 80 on the abutting portion 52b the impact when colliding with the stopper 51c can be alleviated.
  • the rod 120 is in the most retracted state in the housing 10 as shown in FIG.
  • the second member 152 can be arranged in the housing 10 in a housed state. In this state, the length of the rod 120 may be further long if the second member 152 is allowed to project out of the housing 10 behind the rear end plate 13.
  • the rear end plate 13 and the first member 151 are manufactured as separate bodies and assembled by bolts (not shown), but instead of this, they are integrally configured as shown in FIG. You may.
  • the rod 120, the first member 151, and the second member 152 are made of a material having the same tensile strength, and the cross-sectional area of the small diameter portion 122 ⁇ the first member 151. And the shape is set so as to have a relationship of the minimum cross-sectional area of the second member 152.
  • the first member 151 and the second member 152 are made of a material having a tensile strength higher than that of the rod 120, the above relationship may not be satisfied.
  • the spacer 70 is sandwiched between the movable member 30 and the second member 152, but instead of this, as shown in FIG. 11, the tubular portion 31 instead of the spacer 70 is inserted. May be integrally provided with the movable member 30. This also makes it possible to compactly configure the second member 152 and reduce costs.
  • a cylindrical portion 71 instead of the spacer 70 may be integrally provided with the second member. Further, as shown in FIG. 13, the spacer 70 sandwiched between the movable member 30 and the second member 152 may be sandwiched between the second member 152 and the nut 125.
  • the shock absorbing portion deformed by the impact is configured by the small diameter portion 122 of the rod 120, but instead of this, the first member 151 or the second member 152 may be provided. Alternatively, two or more shock absorbing portions may be provided on the rod 120, the first member 151, and the second member 152.
  • the nut 125 having a male screw portion 124 provided at the tip of the rod 120 and fastened to the male screw portion 124 as a fastener is exemplified, instead of this, a female screw is provided at the tip of the rod 120 and a bolt is adopted as a fastener. You may.

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Abstract

筒状の胴体部（１１）と、胴体部（１１）の軸（ＯＬ１）方向の両端を閉塞する前端板（１２）および後端板（１３）とを備えるハウジング（１０）と、前端板（１２）を板厚方向に貫通し、軸（ＯＬ１）方向に沿って移動可能に支持されるロッド（２０）と、ロッド（２０）に固定されハウジング（１０）内に収容される可動部材（３０）と、可動部材（３０）と後端板（１３）との間に配置される圧縮コイルバネ（４０）と、軸（ＯＬ１）方向にロッド（２０）のストロークよりも大きい遊びを伴って、ロッド（２０）と後端板（１３）とを連結する連結部材（５０）とを備えるバランサ装置（１００）である。

Description

バランサ装置
　本開示は、バランサ装置に関するものである。
　ハウジング内の圧縮コイルバネにより、ロッドにハウジングから押し出す方向の力を作用させることによって、ロボットの第１アームに作用する重力による負荷モーメントを低減させるロボット用重力バランサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０１９－１８８５１３号公報
　特許文献１のロボット用重力バランサにおいては、ロッドとは反対側のハウジングの端板に、圧縮された圧縮コイルバネの弾発力が常時作用しており、ハウジングが破断した場合には、分離した端板が外方に向かって飛び出だすことが起こり得る。
　したがって、ハウジングが破断した場合であっても、端板の飛び出しを防止することが望まれている。
　本開示の一態様は、筒状の胴体部と、該胴体部の軸方向の両端を閉塞する前端板および後端板とを備えるハウジングと、前記前端板を板厚方向に貫通し、前記軸方向に沿って移動可能に支持されるロッドと、該ロッドに固定され前記ハウジング内に収容される可動部材と、該可動部材と前記後端板との間に配置される圧縮コイルバネと、前記軸方向に前記ロッドのストロークよりも大きい遊びを伴って、前記ロッドと前記後端板とを連結する連結部材とを備えるバランサ装置である。
本開示の第１の実施形態に係るバランサ装置を備える天吊り型ロボットの概略側面図である。 図１に示されるバランサ装置を示す縦断面図である。 図１に示されるバランサ装置の連結部材の縦断面を示す斜視図である。 図１に示されるバランサ装置の胴体部から後端板が分離した状態を示す縦断面図である。 図１に示されるバランサ装置の第１変形例を示す縦断面図である。 図１に示されるバランサ装置の第２変形例を示す縦断面図である。 図１に示されるバランサ装置の第３変形例を示す縦断面図である。 本開示の第２の実施形態に係るバランサ装置であって、圧縮コイルバネが最も圧縮された状態を示す縦断面図である。 図８のバランサ装置であって、圧縮コイルバネが最も伸張した状態を示す縦断面図である。 図８のバランサ装置の第１変形例を示す縦断面図である。 図８のバランサ装置の第２変形例を示す縦断面図である。 図８のバランサ装置の第３変形例を示す縦断面図である。 図８のバランサ装置の第４変形例を示す縦断面図である。
　本開示の第１の実施形態に係るバランサ装置１００について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係るバランサ装置１００は、図１に示されるように、例えば、天井に吊り下げた状態に設置される天吊り型ロボット１に装着される。
　天吊り型ロボット１は、天井に設置されるベース２と、鉛直方向に延びる第１軸線Ｊ１回りにベース２に対して回転可能に支持された旋回胴３と、水平方向に延びる第２軸線Ｊ２回りに旋回胴３に対して回転可能に支持されたアーム４とを備えている。バランサ装置１００は、旋回胴３とアーム４との間に配置されている。
　バランサ装置１００は、図２に示されるように、ハウジング１０と、ロッド２０と、可動部材３０と、圧縮コイルバネ４０と、連結部材５０とを備えている。
　ハウジング１０は、円筒状の胴体部１１と、胴体部１１の中心軸（軸）ＯＬ１方向の両端を閉塞する平板状の前端板１２および後端板１３とを備えている。
　前端板１２および後端板１３は、胴体部１１に、例えば、図示しないボルトによって固定されている。また、前端板１２および後端板１３のいずれか一方が胴体部１１と一体であってもよい。前端板１２の中央には、板厚方向に貫通する貫通孔が設けられている。後端板１３の中央には、板厚方向に貫通する貫通孔１３ｈが設けられ、貫通孔１３ｈの周囲には、複数のネジ孔が設けられている。
　ロッド２０は、前端板１２に設けられた貫通孔に配置された軸受１２ｂによって、ハウジング１０に対して中心軸ＯＬ１に沿う方向に移動可能に支持されている。なお、軸受１２ｂは前端板１２と別部品ではなく一体であってもよい。ハウジング１０の外部に配置されるロッド２０の一端には、ロッド２０をアーム４に取り付ける取付ブロック２１が固定されている。
　ハウジング１０の内部に配置されるロッド２０の他端には、可動部材３０が固定されている。可動部材３０は、ハウジング１０の胴体部１１の内径よりも若干小さい外径寸法の円板状に形成され、例えば、ロッド２０の他端に形成された雄ねじに締結されるナットによって、ロッド２０の他端に固定されている。
　圧縮コイルバネ４０は、ハウジング１０の胴体部１１内に収容され、後端板１３と可動部材３０との間に、圧縮された状態で配置されている。これにより、可動部材３０は、圧縮コイルバネ４０の弾発力によって、前端板１２に向かう方向に常に押圧され、ロッド２０をハウジング１０の外方に押し出している。
　連結部材５０は、図２および図３に示されるように、後端板１３に固定された第１連結片（第１部材）５１と、可動部材３０に固定された第２連結片（第２部材）５２とを備えている。
　第１連結片５１は、後端板１３の貫通孔１３ｈの内径よりも小さい外径を有する円筒状の本体部５１ａと、本体部５１ａの一端の外周面から径方向外方に突出し、貫通孔１３ｈの内径よりも大きい外径を有する鍔状の取付座面５１ｂとを備えている。また、第１連結片５１は、本体部５１ａの他端の内周面から径方向内方に突出する鍔状のストッパ５１ｃを備えている。
　取付座面５１ｂには、本体部５１ａの軸方向に貫通する複数の貫通孔が設けられている。本体部５１ａを後端板１３の貫通孔１３ｈに外側から挿入した状態で、取付座面５１ｂの貫通孔を貫通させたボルト１５を後端板１３のネジ孔に締結することにより、第１連結片５１が後端板１３に固定されている。
　第２連結片５２は、ストッパ５１ｃの径方向内方を貫通可能な外径を有する円筒状の本体部５２ａと、本体部５２ａの一端の外周面からストッパ５１ｃの内径よりも大きく径方向外方に突出する鍔状の突き当て部（突き当て面）５２ｂとを備えている。また、第２連結片５２は、本体部５２ａの他端の内周面から径方向内方に突出する鍔状の底板５２ｃを備えている。底板５２ｃには、本体部５２ａの軸方向に貫通し、ロッド２０の雄ねじが貫通可能な貫通孔が設けられている。
　第２連結片５２は、底板５２ｃの貫通孔にロッド２０の雄ねじを貫通させ、ロッド２０の雄ねじに締結したナットを用いて共締めすることにより、可動部材３０とともにロッド２０に固定されている。
　ロッド２０は、旋回胴３に対するアーム４の回転角度に応じて、ハウジング１０に対する位置を変化させる。この場合、アーム４の動作範囲に対応するロッド２０の全ストローク範囲において、第２連結片５２の突き当て部５２ｂと、第１連結片５１のストッパ５１ｃとは、隙間をあけて配置され、相互に接触しない位置関係が維持される。
　すなわち、連結部材５０は、中心軸ＯＬ１方向に、ロッド２０のストロークよりも大きい遊びを伴って、可動部材３０と後端板１３とを連結している。
　ハウジング１０の胴体部１１には、中心軸ＯＬ１方向の途中位置の直径方向の両側に、中心軸ＯＬ１に直交する直交軸ＯＬ２に沿って延びる一対の第１取付孔１６が設けられている。各第１取付孔１６には、旋回胴３に固定された一対の第１シャフト（不図示）が挿入される。各第１シャフトは、第２軸線Ｊ２に平行な第１取付軸線Ｊ１１に沿う方向に延びる同一直線上に配置されている。
　これにより、ハウジング１０は、第１取付軸線Ｊ１１回りに回転可能に、旋回胴３に取り付けられる。
　取付ブロック２１には、中心軸ＯＬ１に直交する方向に延びる第２取付孔２２が設けられている。第２取付孔２２には、アーム４に固定された第２シャフト（不図示）が挿入される。第２シャフトは、第２軸線Ｊ２に平行な第２取付軸線Ｊ１２に沿う方向に延びている。これにより、ロッド２０の先端が、第２取付軸線Ｊ１２回りに回転可能に、アーム４に取り付けられる。
　このように構成された本実施形態に係るバランサ装置１００の作用について以下に説明する。
　本実施形態に係るバランサ装置１００を装着する天吊り型ロボット１においては、例えば、図１に示されるように、アーム４を前方に延ばした状態とすると、アーム４には、重力によって第２軸線Ｊ２回りに向きＧＦの重力負荷モーメントが作用する。
　一方で、バランサ装置１００は、圧縮コイルバネ４０の弾発力により、ロッド２０をハウジング１０の外方に押し出しており、その力は、第２軸線Ｊ２から偏心した第２取付軸線Ｊ１２に作用するため、重力負荷モーメントに抗する方向の補助トルクを発生させる。
　この場合において、バランサ装置１００に備えられた圧縮コイルバネ４０の圧縮量は、アーム４を図１に示されるように前方に延ばしたとき、および後方に延ばしたときに最も小さく、アーム４が鉛直下方に延びるときに最も大きくなる。圧縮量が最も小さい位置においても十分な補助トルクを発生させるために、圧縮コイルバネ４０は非常に大きなばね定数を有している。このため、後端板１３は、圧縮コイルバネ４０の大きな弾発力によって、常に後方に押されている。
　したがって、例えば、長時間にわたる稼働による劣化等の何らかの原因によって、ハウジング１０の胴体部１１と後端板１３との間が破断した場合には、後端板１３が後方に飛び出そうとする。
　この場合には、図４に示されるように、後端板１３と可動部材３０との間の距離が増大するので、ストッパ５１ｃと突き当て部５２ｂとが突き当たり、後端板１３の後方へのそれ以上の移動が規制される。これにより、後端板１３が後方に飛び出すことを防止することができる。
　また、第１連結片５１および第２連結片５２は、稼働中においては接触することがないため、圧縮コイルバネ４０による大きな弾発力が作用しておらず、長時間にわたって稼働していたとしても、応力による疲労が蓄積されることがない。
　したがって、第１連結片５１および第２連結片５２は、常に圧縮コイルバネ４０の弾発力を受けているハウジング１０よりも劣化しにくいため、ハウジング１０が劣化によって破断したとしても、後端板１３の飛び出しを確実に防止することができる。
　また、本実施形態においては、圧縮コイルバネ４０の内側の空間を利用して、ストッパ５１ｃを後端板１３よりも可動部材３０に近づけて配置しているため、その分だけ、突き当て部５２ｂも可動部材３０に近づけることができる。
　すなわち、突き当て部５２ｂが底板５２ｃに近づくため、第２連結片５２の軸方向の寸法を小さく抑えることができるという利点がある。
　さらに、第１連結片５１の本体部５１ａを筒状にし、その内側に突き当て部５２ｂを収容することにより、突き当て部５２ｂを備える第２連結片５２の径方向の寸法を小さく抑えることができるという利点もある。
　また、本実施形態においては、本体部５１ａに加えて、本体部５２ａも筒状にすることにより、底板５２ｃに設けられた貫通孔を、後端板１３側の外部から視認することができる。これにより、底板５２ｃの貫通孔に貫通させられたロッド２０の雄ねじ、および雄ねじに締結されるナットに外部から容易にアクセスすることができる。
　すなわち、連結部材５０をハウジング１０の外部から着脱することができ、バランサ装置１００の組立作業および分解作業の作業性を向上することができる。
　なお、本実施形態においては、ストッパ５１ｃが設けられた第１連結片５１を、後端板１３とは別体とし、ボルト１５によって後端板１３に固定したが、これに代えて、図５に示されるように、第１連結片５１を後端板１３と一体に構成してもよい。
　この場合には、第１連結片５１を後端板１３に固定するためのボルト１５が不要となり、部品点数と組立工数を削減することができる。
　さらには、図６に示されるように、後端板１３の貫通孔１３ｈの周縁部をストッパ５１ｃとしてもよい。
　この場合には、第２連結片５２は、突き当て部５２ｂが後端板１３の貫通孔１３ｈの内径よりも大きい外径を有しており、本体部５２ａを貫通孔１３ｈの外側から挿入した状態で、可動部材３０に固定されればよい。これにより、後端板１３をより簡易な形状にすることができる。
　また、本実施形態においては、第２連結片５２の本体部５２ａは円筒状であったが、これに代えて、本体部５２ａは棒状であってもよい。
　この場合には、第２連結片５２の構造をより簡易なものとすることができるという利点がある。
　また、本実施形態においては、連結部材５０が、可撓性を有する線条体、例えば、金属ワイヤによって構成されてもよい。
　この場合、例えば、図７に示されるように、連結部材５０の一端がループ状になっており、そのループの内側に通されたボルト１７を後端板１３に締結することにより、連結部材５０の一端をボルト１７のボルト頭と後端板１３との間に挟んで固定する。同様に、連結部材５０の他端を可動部材３０に固定し、連結部材５０の後端板１３と可動部材３０との間に掛け渡される部分の長さを、ロッド２０の最大ストロークよりも若干長く設定する。
　これにより、ロッド２０の全ストローク範囲内においては、連結部材５０は撓んでいるが、ハウジング１０が分離し、後端板１３と可動部材３０との間の距離が増大すると、連結部材５０が撓みなく張られることにより、後端板１３の後方への移動が規制される。
　したがって、バランサ装置１００をより簡易な構造としつつも、後端板１３の後方への飛び出しを防止することができる。また、ハウジング１０が分離していない状態では、連結部材５０を自在に屈曲させることができ、ハウジング１０内にスペース効率よく収容して、ハウジング１０の小型化を図ることができるという利点もある。
　また、本実施形態においては、ハウジング１０の胴体部１１と後端板１３との間で破断する場合を例示したが、これに限定されるものではなく、ハウジング１０の破断位置に関わらず、後端板１３の飛び出しを防止することができる。
　次に、本開示の第２の実施形態に係るバランサ装置２００について、図面を参照して以下に説明する。本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係るバランサ装置１００と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
　第１の実施形態に係るバランサ装置１００においては、第２部材５２の突き当て部５２ｂと第１部材５１のストッパ５１ｃとの遊びを確保するために、第２部材５２を細長く形成して突き当て部５２ｂを可動部材３０から中心軸ＯＬ１に沿う方向に離れた位置に配置した。これに対して、本実施形態に係るバランサ装置２００は、図８に示されるように、第２部材１５２の中心軸ＯＬ１に沿う方向の寸法を短く構成し、ロッド１２０を、ハウジング１０の中心軸ＯＬ１に沿う方向の長さと同等の長さまで長く構成している。これにより、図９に示されるように、ロッド１２０を前端板１２から最大限に突出させた状態でも、第２部材１５２の突き当て部５２ｂと第１部材１５１のストッパ５１ｃとの遊びが確保される。
　ロッド１２０は、第１の実施形態に係るバランサ装置１００と同様に、軸受１２ｂに嵌合する第１の外径寸法のロッド本体１２１と、ロッド本体１２１よりも小さい第２の外径寸法を有し、ロッド本体１２１よりも後端板１３側に配置される小径部（衝撃吸収部）１２２とを備えている。ロッド本体１２１と小径部１２２との間には、可動部材３０の前端板１２側の面を突き当てる段部１２３が設けられ、小径部１２２よりも後端板１３側にはナット（締結具）１２５を締結可能な雄ねじ部（ねじ部）１２４が設けられている。そして、雄ねじ部１２４に締結されたナット１２５と段部１２３との間に、可動部材３０と第２部材１５２とが挟まれて固定されている点も第１の実施形態と同様である。
　本実施形態のバランサ装置２００は、小径部１２２の長さ寸法が第１の実施形態に係るバランサ装置１００よりも十分に長く、第１部材１５１の中心軸ＯＬ１に沿う方向の長さ寸法と同等の長さ寸法を有している。そして、可動部材３０と第２部材１５２との間には、小径部１２２を内孔に貫通させる貫通孔７０ａを備える筒状のスペーサ７０が挟まれている。
　本実施形態においては、ロッド１２０および第２部材１５２が炭素鋼鋼材、第１部材１５１が鋳物により構成されている。そして、小径部１２２は、ロッド１２０において最も径寸法が小さい部分であるとともに、第１部材１５１の最小横断面積および第２部材１５２の最小横断面積よりも小さい横断面積を有している。また、小径部１２２の径寸法は、後端板１３と胴体部１１とが分離して、第１部材１５１のストッパ５１ｃと第２部材１５２の突き当て部５２ｂとが衝突することにより想定される最大の衝撃力がかかっても、破断せずに長さ方向に弾性変形あるいは塑性変形可能な寸法に設定されている。
　第２部材１５２の前端板１２側の端面の外周縁には、スペーサ７０の外周面よりも径方向外方に配置される部分に前端板１２側に向かって先細になるテーパ面１５２aが設けられている。また、第２部材１５２の環状の突き当て部５２ｂには、リング板状のゴム板（緩衝部材）８０が固定されている。
　このように構成された本実施形態に係るバランサ装置２００の作用について、以下に説明する。
　本実施形態に係るバランサ装置２００によれば、後端板１３と胴体部１１とが分離した場合には、第１部材１５１のストッパ５１ｃと第２部材１５２の突き当て部５２ｂとが衝突することにより、後端板１３の後方への飛び出しが規制される。この場合に、衝突によって発生する衝撃力は、ロッド１２０、第１部材１５１および第２部材１５２によって受け止められるが、他の部分よりも小さい横断面積を有するロッド１２０の小径部１２２が最も大きく変形する。
　本実施形態によれば、小径部１２２を十分に長く構成しているので、小径部１２２が中心軸ＯＬ１方向に変形することにより衝撃のエネルギが吸収される。すなわち、小径部１２２の長さを長くすることにより、破断することなく許容される歪量を大きく確保できて、その分、大きな衝撃のエネルギを吸収することができるという利点がある。
　また、本実施形態においては、ロッド１２０を長く構成し、スペーサ７０を配置することにより、第２部材１５２を第１の実施形態よりもコンパクトに構成することができる。第２部材１５２は、第１部材１５１と衝突する部材であるため、延性の高い高価な材料によって構成される。一方、スペーサ７０は、特に強度を要求されない部材であり、より安価な材料によって構成することができる。したがって、第２部材１５２をコンパクトに構成することにより、材料および加工に要するコストを削減することができるという利点がある。
　また、スペーサ７０を軽量化するために、スペーサ７０の外径寸法を小さく設定すると、スペーサ７０の外周面よりも径方向外方への第２部材１５２の突出量が増大するが、テーパ面１５２ａを設けることにより、ストッパ５１ｃが突出部に衝突してもテーパ面１５２ａに沿うように移動し、最終的な衝突を第２部材１５２の突き当て部５２ｂに限定することができる。そして、突き当て部５２ｂにはゴム板８０を設けることにより、ストッパ５１ｃと衝突した際における衝撃を緩和することができる。
　さらに、ロッド１２０の長さを、ハウジング１０の中心軸ＯＬ１に沿う方向の長さと同等に設定することにより、図８に示されるように、ロッド１２０がハウジング１０内に最も引っ込んだ状態となっても、第２部材１５２をハウジング１０内に収容状態に配置することができる。この状態において、第２部材１５２が後端板１３よりも後方のハウジング１０外に突出することを許容する場合には、ロッド１２０の長さはさらに長くてもよい。
　なお、本実施形態においては、後端板１３と第１部材１５１とを別体として製造し、図示しないボルトによって組み立てているが、これに代えて、図１０に示されるように一体的に構成してもよい。
　また、本実施形態においては、ロッド１２０、第１部材１５１および第２部材１５２が、同等の引張強度を有する材質により構成されていることを前提として、小径部１２２の横断面積＜第１部材１５１および第２部材１５２の最小横断面積の関係となる形状に設定した。これに代えて、第１部材１５１および第２部材１５２が、ロッド１２０よりも引張強度の高い材質により構成される場合には、上記関係が満たされなくてもよい。
　また、本実施形態においては、可動部材３０と第２部材１５２との間にスペーサ７０を挟むこととしたが、これに代えて、図１１に示されるように、スペーサ７０に代わる筒状部３１を可動部材３０に一体に設けてもよい。これによっても、第２部材１５２をコンパクトに構成し、コストの削減を図ることができる。
　また、図１２に示されるように、スペーサ７０に代わる筒状部７１を第２部材に一体に設けてもよい。また、図１３に示されるように、可動部材３０と第２部材１５２との間に挟んでいたスペーサ７０を、第２部材１５２とナット１２５との間に挟んでもよい。
　また、本実施形態においては、衝撃により変形する衝撃吸収部をロッド１２０の小径部１２２により構成したが、これに代えて、第１部材１５１または第２部材１５２に設けてもよい。あるいは、ロッド１２０、第１部材１５１および第２部材１５２の２つ以上に衝撃吸収部を設けてもよい。
　また、ロッド１２０の先端に雄ねじ部１２４を設け、締結具として雄ねじ部１２４に締結されるナット１２５を例示したが、これに代えて、ロッド１２０の先端に雌ねじを設け、締結具としてボルトを採用してもよい。
１０　ハウジング
１１　胴体部
１２　前端板
１３　後端板
２０，１２０　ロッド
３０　可動部材
４０　圧縮コイルバネ
５０　連結部材
５１，１５１　第１連結片（第１部材）
５１ａ　本体部
５１ｃ　ストッパ
５２，１５２　第２連結片（第２部材）
５２ｂ　突き当て部（突き当て面）
７０　スペーサ
７０ａ　貫通孔
８０　ゴム板（緩衝部材）
１００，２００　バランサ装置
１２２　小径部（衝撃吸収部）
１２３　段部
１２４　雄ねじ部（ねじ部）
１２５　ナット（締結具）
１５２ａ　テーパ面
ＯＬ１　中心軸（軸）

Claims (12)

  1. 　筒状の胴体部と、該胴体部の軸方向の両端を閉塞する前端板および後端板とを備えるハウジングと、
    　前記前端板を板厚方向に貫通し、前記軸方向に沿って移動可能に支持されるロッドと、
    　該ロッドに固定され前記ハウジング内に収容される可動部材と、
    　該可動部材と前記後端板との間に配置される圧縮コイルバネと、
    　前記軸方向に前記ロッドのストロークよりも大きい遊びを伴って、前記ロッドと前記後端板とを連結する連結部材とを備えるバランサ装置。
  2. 　前記連結部材が、前記後端板に固定された第１部材と、前記ロッドに固定された第２部材とを備え、
    　該第２部材が、前記遊びが消滅した時点で、前記第１部材に前記後端板側から突き当たる突き当て面を備える請求項１に記載のバランサ装置。
  3. 　前記第１部材が、前記後端板から前記前端板側に向かって前記軸方向に延びる本体部と、該本体部の前記前端板側の先端に設けられ、前記突き当て面を突き当てるストッパとを備える請求項２に記載のバランサ装置。
  4. 　前記本体部が内孔を有する筒状に形成され、
    　前記第２部材が、前記後端板側の先端を、前記内孔内に収容した状態に配置され、
    　前記ストッパが、前記本体部の前記先端の内周面に前記軸に直交する方向に沿って鍔状に延びている請求項３に記載のバランサ装置。
  5. 　前記ロッド、前記第１部材および前記第２部材の少なくとも１つに、前記第２部材の前記突き当て面と前記第１部材とが突き当たったときの衝撃によって破断することなく前記軸方向に変形することにより衝撃のエネルギを吸収する衝撃吸収部が設けられている請求項２から請求項４のいずれかに記載のバランサ装置。
  6. 　前記衝撃吸収部が、前記ロッドに設けられ、前記第１部材および前記第２部材の最小横断面積よりも小さい横断面積を有する小径部である請求項５に記載のバランサ装置。
  7. 　前記ロッドが、前記可動部材および前記第２部材を前記軸方向に貫通して配置されるとともに、前記可動部材の前記前端板側の面を突き当てる段部と、前記後端板側の端部に設けられ、締結具を締結可能なねじ部とを備え、
    　該ねじ部に締結された前記締結具と前記段部との間に前記可動部材と前記第２部材とが前記軸方向に挟まれることにより、前記可動部材および前記第２部材が前記ロッドに固定され、
    　前記小径部が、前記段部と前記ねじ部との間に配置されている請求項６に記載のバランサ装置。
  8. 　前記小径部が、前記第１部材の前記軸方向の長さと同等の長さを有する請求項７に記載のバランサ装置。
  9. 　前記可動部材と前記第２部材との間、または前記第２部材と前記締結具との間に、前記小径部を貫通させる貫通孔を備える筒状のスペーサが挟まれている請求項７または請求項８に記載のバランサ装置。
  10. 　前記第２部材が前記スペーサよりも外側に前記前端板側が細くなるテーパ面を備える請求項９に記載のバランサ装置。
  11. 　前記第２部材の前記突き当て面または該突き当て面に前記軸方向に対向する前記第１部材の面の少なくとも一方に緩衝部材が固定されている請求項２から請求項１０のいずれかに記載のバランサ装置。
  12. 　前記連結部材が、撓んだ状態で、一端が前記可動部材に、他端が前記後端板にそれぞれ固定された可撓性を有する線条体である請求項１に記載のバランサ装置。
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