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公開番号2024057219
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-24
出願番号2022163812
出願日2022-10-12
発明の名称ロボット用アーム
出願人株式会社共和製作所
代理人個人
主分類B25J 19/00 20060101AFI20240417BHJP(手工具;可搬型動力工具;手工具用の柄;作業場設備;マニプレータ)
要約【課題】ロボット用アームのハウジングにCFRP材を採用しつつ、ハウジングの熱を効率よく外部に逃すことができ、ハウジングの保護性能を良好に保つ。
【解決手段】ロボット用アーム12は、アーム長さ方向に一体的に連なる、CFRP材からなるハウジング20と、ハウジング20に貫通して設けられる、ハウジング20よりも熱伝導率の大きい金属材からなる伝熱パイプ30とを備える。ハウジングの外側には、伝熱パイプ30のパイプ孔を通して放熱口Hが開口する。伝熱パイプ30は、縦パイプPyと横パイプPxを有する十字パイプであることが望ましい。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
アーム長さ方向に一体的に連なる、炭素繊維強化プラスチック材からなるハウジングと、
前記ハウジングに貫通して設けられる、前記ハウジングよりも熱伝導率の大きい金属材からなる伝熱パイプと、
前記伝熱パイプのパイプ孔を通して前記ハウジングの外側に開口する放熱口と、を備えることを特徴とする、ロボット用アーム。
続きを表示（約 260 文字）【請求項２】
請求項１記載のロボット用アームであって、
前記伝熱パイプは、
前記ハウジングが水平状態に保持されるとき、前記ハウジングの上下方向に貫通する縦パイプと、
前記ハウジングが水平状態に保持されるとき、前記ハウジングをアーム長さ方向に見て左右方向に貫通する横パイプと、を備えるロボット用アーム。
【請求項３】
請求項２記載のロボット用アームであって、
前記縦パイプと前記横パイプが前記ハウジング内で互いに交差して連通する十字パイプである、ロボット用アーム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用ロボットに適したアームに関し、たとえば垂直多関節ロボットや水平多関節ロボットのアームに適用されるものである。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
自動車等の製造現場では、部品の組み付け、搬送、溶接といった作業に産業用ロボットが用いられる。産業用ロボットとしては多関節型のものが多く採用されており、このようなロボットは、アームとこれを動作させるジョイント（関節）とによりヒトの動きに近い動作を再現できるようになっている。
アームの外殻となるハウジングは、アーム長さ方向に一体的に連なっており、通常、鉄やステンレス、銅、アルミニウムなどの金属材を成型加工することにより形成される。ハウジングの所定位置にジョイントの各種部品（モータ、減速機、制御基板等）が組み込まれる。
【０００３】
このような従来のロボット用アームの課題としては、金属材からなるハウジングの熱膨張および熱収縮によるアーム長さの変動がある。特にジョイント部分の負荷による発熱量が多い場合にはこの問題が顕著になる。この対策として熱膨張および熱収縮による誤差をあらかじめ演算予測し、アーム長さを補正して位置決め精度を高めることが行われているが、補正値を精確に求めることは難しく、ロボットの作業精度を十分に向上させることが困難になっている。
【０００４】
これに対し、アームのハウジングに炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）材を採用する技術が知られている。ＣＦＲＰ材には、金属材を凌ぐ剛性があり、熱膨張率が極めて小さい特性があるため、温度変動によるアーム長さの補正が不要になる。このため、このような特性を活かすことで、金属材よりもロボットの作業精度を向上させることができる。
なお、ＣＦＲＰ材を用いるロボット用アームの先行技術としては、特許文献１～３が公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２２－１１５１６１号公報
特開２０１０－１１５７３２号公報
特開昭５９－２２４３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ロボット用アームのハウジングにＣＦＲＰ材を採用する場合、ハウジングの温度変動による影響を抑えられる反面、熱伝導率の小さいＣＦＲＰ材の特性によりハウジングに熱がこもりやすいという問題が生じる。ハウジング内の温度が過度に上昇すると、ジョイントを構成するモータや制御基板の故障を招くおそれもある。
上記の対策として、ＣＦＲＰ材のハウジングに放熱口を設けて内部の熱を直接外部に逃がす構造が考えられるが、このような構造では、放熱口を通してハウジング内に異物が混入しやすくなり、また、防水性が悪化することからハウジングの保護性能が不十分になる。
【０００７】
本発明は、このような現状に鑑みなされたもので、ハウジングにＣＦＲＰ材を採用しつつ、ハウジングの熱を効率よく外部に逃すことができ、しかも、ハウジングの保護性能を良好に保つことができるロボット用アームを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題の解決にあたり、本発明者らは、ロボット用アームのハウジングの放熱構造について検討を行い、ＣＦＲＰ材と金属材とを組み合わせるハイブリッド構造に着目した。すなわち、温度変化による影響を受けにくいＣＦＲＰ材の特性と、伝熱性に優れた金属材の特性を互いに活かすことで前述の問題を解消しうる。そして、試作品の評価・改良を重ねる中で、ＣＦＲＰ材のハウジングから効率よく熱を外部に逃し、かつハウジング内の密閉性を良好に保つことができる独自の放熱構造を見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【０００９】
［第１発明］
前記課題を解決するための本発明のロボット用アーム（１２）は、
アーム長さ方向に一体的に連なる、ＣＦＲＰ材からなるハウジング（２０）と、
前記ハウジングに貫通して設けられる、前記ハウジングよりも熱伝導率の大きい金属材からなる伝熱パイプ（３０）と、
前記伝熱パイプのパイプ孔を通して前記ハウジングの外側に開口する放熱口（Ｈ）と、を備える構成とした。
【００１０】
第１発明のロボット用アームによれば、ジョイントの負荷によりハウジングが加熱されると、その熱がハウジング内で伝熱パイプに伝わり、このパイプ孔を通して放熱口からハウジングの外側に放出される。これにより、ＣＦＲＰ材のハウジングに熱がこもりにくくなる。したがって、アームのハウジングにＣＦＲＰ材を採用しつつ、ハウジングの熱を効率よく外部に逃すことができる。
また、第１発明の構成では、伝熱パイプのパイプ孔を通してハウジングの外側に放熱口が開口するため、ハウジング内の空間を外部から遮断した密閉状態に保つことができる。これにより、放熱口からのハウジング内への異物混入や、防水性の悪化を回避することができ、ハウジングの保護性能を良好に保つことができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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