JP2002503551A - ロボット式レーザタイヤ金型清浄システムおよび使用方法 - Google Patents

ロボット式レーザタイヤ金型清浄システムおよび使用方法

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JP2002503551A JP2000532225A JP2000532225A JP2002503551A JP 2002503551 A JP2002503551 A JP 2002503551A JP 2000532225 A JP2000532225 A JP 2000532225A JP 2000532225 A JP2000532225 A JP 2000532225A JP 2002503551 A JP2002503551 A JP 2002503551A
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Abstract

(57)【要約】 成形表面（１３）を有する金型（１２）から残留材料を除去する清浄装置（１０）が、複数の自由度で運動することができ自由端を有するアーム（１６）を備えているロボット（１４）を備えている。レーザ（１８）が、ロボット（１４）に連結されており、ロボットによって位置決めされ得るように自由端の近くでアーム（１６）に取り付けられている出力端を有している。光学出力システム（３８）は複数の光ファイバを備えており、各ファイバは、レーザ（１８）に接続された第１の端部と、ロボット（１４）のアームの自由端に取り付けられた出力用の第２の端部とを有している。光ファイバ（４２）の出力端は、レーザが成形表面（１３）上に光のストライプ（１８ｂ）を形成するように位置合わせされる。コントローラ（４６）が、ロボット（１４）に接続されており、少なくとも１組の所定の運動によってロボットアーム（１６）の向きを定めるように構成されている。回転可能な支持体（４８，５４）がロボット（１４）の近くに配設されており、金型（１２）が支持体上に配設されている。ロボット（１４）は、支持体（４８、５４）を回転させることによって成形表面の異なる部分がレーザの出力端にそろえられる際に、レーザからの光（１８ａ）が表面に入射し表面から残留材料を除去するようにこの光の向きを定めるように、レーザ（１８）の出力端を成形表面（１３）に位置合わせされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 技術分野 本発明は、タイヤ金型を清浄にする装置および方法に関し、特に、ロボット制
御装置上に取り付けられたレーザ光を使用してタイヤ金型を清浄にする方法およ
び装置に関する。
【０００２】 発明の背景 現在、ツーピースタイヤ金型および分割されたタイヤ金型は、通常、金属ショ
ット（metal shot）、プラスチックビーズ、またはガラスビーズを、清浄剤すな
わちブラスティング（blasting）剤として使用する半自動機械で清浄にされてい
る。これらのブラスティング剤はすべて研磨材であり、タイヤ金型のレタリング
（lettering）構造および側壁構造の急速な磨耗を生じさせる。
【０００３】 従来の清浄機械で生じていた他の問題は、サンドビーズやガラスビーズなどの
ブラスティング剤の回収であった。ブラスティング剤がタイヤ金型を清浄にする
ために使用された後、これを回収すなわち除去しなければならなかった。ブラス
ティング剤の回収により、タイヤ金型を清浄にするのに必要な時間が長くなり、
工場の管理維持上の問題が生じていた。
【０００４】 このような研磨式タイヤブラスティング装置の１つが、スミス（Smith）等の 米国特許第３９０５１５５号に記載されており、この米国特許には、タイヤ金型
の上方に置かれる取外し可能なフードと、タイヤ金型を研磨するガラスビーズを
タイヤ金型にぶつける（blast）機構とを備えている機械が開示されている。
【０００５】 また、１９９６年８月２２日に出願されており、本発明と共通の譲渡人を有す
る国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９６／１３５２１号に開示されているように、研磨
材でない固体ＣＯ2ブラスティング媒体が、ツーピースタイヤ金型および分割さ れたタイヤ金型の清浄のために用いられている。この方法がうまくいくことは実
証されているが、この方法を実施する際には高レベルの騒音が生じる。
【０００６】 最近、表面を清浄にするためにレーザシステムが使用されている。たとえば、
Nagyの米国特許第５３７３１４０号には、金型内の表面を清浄にするレーザを備
えたプレス機内で金型を清浄にするシステムが開示されている。光源は、異なる
プレス機の間を移動する持ち運び可能なユニットとして構成することができ、あ
るいは、プレス機内で金型を清浄にするためにレーザから個々のプレス機に至る
複数の光路を有する単一のレーザであってもよい。
【０００７】 米国特許第５１５１１３４号に開示されている、レーザを用いて表面を清浄に
する他の方法は、たとえば、「レーザ光線を、互いに概ね等しいエネルギーを有
する複数の個別のレーザ光線に分離し、個々の光線を単一のレーザ光線に再結合
するとともに光ファイバ組立体によって案内する光学システムを設けること」を
述べている。
【０００８】 レーザを用いて表面を清浄にするさらに他の装置は、Englesburg等の米国特許
第５５３１８５７号に開示され、この特許では、たとえば「基板処理表面を横切
ってガスが流れ、基板が連続的に照射され・・・基板処理表面から表面汚染物質を 取り除く・・・」。
【０００９】 本出願人は、高速かつ効率的であり、従来技術の方法および装置よりも騒音の
少ない、レーザ光を用いてタイヤ金型を清浄にする方法および装置の必要性を認
識した。
【００１０】 本発明は、構造が簡素であり、有効に使用することができ、前述の問題および
その他の問題を解決し、同時に、より良好でより有利な全体的な結果をもたらす
、新規な改良されたタイヤ金型清浄方法および装置を企図するものである。
【００１１】 発明の目的および概要 本発明の目的は、添付の１つまたは２つ以上の請求項に定義され、したがって
以下の１つまたは２つ以上の副次的な目的を達成するように構成することのでき
るロボット式レーザタイヤ金型清浄システムと、このシステムを作動させる方法
を提供することである。
【００１２】 本発明の他の目的は、金型、特にタイヤ金型清浄用の新規で改良されたロボッ
ト式レーザタイヤ金型清浄システムおよび使用方法を提供することである。
【００１３】 本発明のさらに他の目的は、タイヤ金型を清浄にするために、ロボットに取り
付けられたレーザ光を使用する、金型清浄用の新規で改良されたロボット式レー
ザタイヤ金型清浄システムおよび使用方法を提供することである。
【００１４】 本発明のさらに他の目的は、タイヤ金型を清浄にするために、タイヤ金型を回
転させながら、ロボットに取り付けられたレーザ光を使用する、金型清浄用の新
規で改良されたロボット式レーザタイヤ金型清浄システムおよび使用方法を提供
することである。
【００１５】 第１の態様によれば、本発明は、成形表面を有する金型から残留材料を除去す
る清浄装置である。この装置は、複数の自由度で運動することができ、自由端を
有するアームを備えているロボットを有している。レーザは、ロボットに連結さ
れており、ロボットによって位置決めされ得るように自由端の近くでアームに取
り付けられている出力端を有している。ロボットは、レーザからの光が表面に入
射し表面から残留材料を除去するようにこの光の向きを定めるようにレーザの出
力端を成形表面に対して位置決めする。
【００１６】 他の態様によれば、本発明は、複数の自由度で運動できるアームを有するロボ
ットと、ロボットに連結され、かつアームに取り付けられた出力端を有するレー
ザとを設けることと、レーザの出力端を成形表面に位置合わせするためにアーム
を自動的に移動させることと、レーザ光が成形表面に入射し表面上に位置する残
留材料を除去するようにレーザを作動させることとを有する、金型の成形表面か
ら残留材料を除去する方法である。
【００１７】 さらに他の態様によれば、本発明は、金属の物体を清浄にするシステムである
。このシステムは、複数の自由度で移動することができ、自由端を有するアーム
を備えているロボットを有している。レーザが、ロボットに連結されており、ロ
ボットによって位置決めされ得るように自由端の近くでアームに取り付けられて
いる出力端を有している。回転可能な支持体が、ロボットの近くに配設されてお
り、物体を支持し、かつ物体をレーザの出力端に対して回転させるように構成さ
れている。
【００１８】 本発明の利点の１つは、清浄装置が完全に自動化されていることである。 本発明の他の利点は、レーザ光の光線が、タイヤ金型を摩耗させるものでなく
、損傷を与えないことである。
【００１９】 本発明の他の利点は、レーザ光が、現行のシステムでは複数回のパスが必要と
されるのに対し、１回のパスでタイヤ金型を清浄にすることである。
【００２０】 本発明の他の利点は、レーザ光が、高レベルの騒音を生じさせることもなくタ
イヤ金型を清浄にすることである。
【００２１】 本発明のさらに他の利益および利点は、以下の詳細な説明を読みこれを理解す
ると、当業者に明らかになるであろう。
【００２２】 上記の概要と、本発明の好ましい実施形態の詳細な説明は、添付の図面ととも
に読んだときによりよく理解されよう。本発明を例示するために、概略的なこれ
らの図面には現在において好ましい実施形態が示されている。しかし、本発明が
、図面に示されているそのものずばりの構成および手段に限定されないことが理
解されなければならない。
【００２３】 発明の詳細な説明 以下の説明ではいくつかの用語が便宜上使用されているが、これらの用語は制
限的なものではない。全図にわたって、同様な要素を示すためには同様な符号が
使用されている。図面を参照すると、図１から図６（図１〜６）には、タイヤ金
型１２の成形表面１３から残留材料を除去するロボット式レーザ清浄装置１０の
現在において好ましい実施形態が示されている。清浄装置１０は、主として、複
数の自由度で運動可能なアーム１６を有するロボット１４と、ロボット１４に連
結されており、ロボット１４のアーム１６の自由端に取り付けられている出力端
２０を有するレーザ１８とを有している。ロボット１４は、レーザ光１８ａが表
面１３に入射し表面１３から残留材料を除去するように導くようレーザ１８が作
動するように、レーザ１８の出力端２０を成形表面１３に対して位置決めする。
【００２４】 図１および図２を参照すると、ロボット１４は、６つの自由度（「ＤＯＦ」）
で運動可能なアーム１６を有する市販の産業用ロボットであることが好ましい。
具体的には、ロボット１４は、ロボットアーム１６の「肩部」２４が取り付けら
れている水平面（第１のＤＯＦ）内で回転するように構成されたベース２２を備
えていることが好ましい。ロボットアーム１６は、横方向に延びている軸２５に
よって肩部２４にピボット回転可能（第２のＤＯＦ）に取り付けられた下端部２
６ａを有する「上腕部」２６をさらに備えている。アーム１６は、ピボット軸２
７によって上腕部２６の自由端２６ｂにピボット回転可能（第３のＤＯＦ）に取
り付けられた第１の端部２８ａを有する「前腕部」２８も備えている。前腕部２
８は、端部２９ａにおいて前腕部２８に、かつ端部２９ｂにおいて肩部２４にピ
ボット回転可能に連結されている作動アーム２９の運動によって、軸２７の周り
をピボット回転させられる。さらに、アーム１６の「手首部」３０が、前腕部２
８の自由端２８ｂに取り付けられており、以下の３つの方法、すなわち、前腕部
２８の自由端２８ｂの周りをピボット回転する（第４のＤＯＥ）こと、前腕部２
８の中心線に沿って延びている軸３１の周りを「スピン」する（第５のＤＯＦ）
こと、および軸３１の周りをスピンする（第６のＤＯＦ）ことによって運動する
ことができる。
【００２５】 さらに、ロボットアーム１６は、手首部３０に取り付けられている「エンドエ
フェクタ」を備えており、これは後述するレーザ出力ヘッド３２であることが好
ましい。ロボット技術分野でよく知られているように、エンドエフェクタは、ロ
ボットアーム１６を１つまたは複数の自由度内で運動させることによって位置決
めすることのできる加工工具である。
【００２６】 ロボット１４は、ベース２２および前述のアーム１６の様々な部分の運動を起
動しかつ制御する複数の電気サーボモータ（不図示）を備えることが好ましい。
しかし、たとえば、油圧モータや空気圧モータ（どちらも不図示）など、ロボッ
ト１４の部品の運動を起動する他の適切な手段を使用することも本発明の範囲内
である。
【００２７】 さらに、ロボット１４は前述した構造であることが好ましいが、ロボット式レ
ーザ清浄装置１０が以下に詳述するように作動できるようにする、他の何らかの
方法でロボット１４を構成することも、本発明の範囲内である。たとえば、ロボ
ット１４は、軸３１に沿ってスピンする代わりに、垂直面内で回転し、水平面内
で回転するようにスピンする手首部３０を有していてもよい。さらに、ロボット
１４は、たとえば、ビデオプロセッサ（不図示）に接続されたビデオカメラ（不
図示）によって実現される機械視覚システムを任意に備えることができ、したが
って、ロボット１４は、清浄装置１０が後述の清浄動作中に必要に応じて確実に
動作するように、エンドエフェクタの位置を認識しその位置を調整することがで
きる。
【００２８】 レーザ１８は、レーザ技術分野でよく知られている標準的な固体Ｎｄ：ＹＡＧ
（すなわち、ネオジムをドープされたイットリウムアルミニウムガーネット）連
続波レーザであることが好ましい。レーザ１８は、市販されているＮｄ：ＹＡＧ
レーザであることが最も好ましい。レーザ１８は、レーザ１８の出力端１９から
放出されたレーザ光１８ａが、タイヤ金型１２内の残留材料に接触するとそれを
蒸発させるような十分なパワー／強度を有している。Ｎｄ：ＹＡＧレーザが好ま
しいが、レーザ１８が、パルスＣＯ2レーザ、パルスエキシマレーザ、または清 浄装置１０が本明細書にて説明されているように機能できるようにする、他のい
かなる適切な種類のレーザであるのも本発明の範囲内である。さらに、本開示で
用いられている「レーザ」という用語は、パルス波レーザまたは連続波レーザや
、高エネルギーランプを含む、あらゆる高エネルギー照射源をカバーするもので
ある。
【００２９】 図３に示されているように、レーザ１８は、ロボット１４に取り付けられてお
り、ロボットアーム１６の前腕部２８のハウジング部３６内に納められているこ
とが最も好ましい。しかし、その代わりに、レーザ１８を、ロボット１４の近く
に位置する独立したプラットフォーム（不図示）上に取り付けることや、あるい
は、たとえばベース２２内など、ロボット１４上の他のあらゆる適切な位置に取
り付けることもできる。レーザ１８に接続された標準的な電源（不図示）は、レ
ーザ１８を作動させる電力を供給し、やはり、ロボット１４の近くに位置する独
立したプラットフォーム（不図示）上に取り付けられることが好ましい。
【００３０】 さらに、図３に最もよく示されているように、レーザ１８は、レーザ１８と出
力ヘッド３２の末端２０との間に延びている経路を有する光学出力システム３８
を備えている。図３に示されている実施形態では、光ファイバ４２の第１の端部
３９がレーザ１８に接続されており、光ファイバの第２の端部４０がロボットア
ーム１６の手首部３０に取り付けられている。出力システム３８は、レーザ１８
の出力ポート１９から、ロボットアーム１６の自由端において手首部３０に取り
付けられている出力ヘッド３２まで延びている複数の光ファイバを備えているこ
とが好ましい。ロボット１４の前述のエンドエフェクタは、実際には、出力ヘッ
ド３２と、出力ヘッド３２内に納められている光ファイバ４２の出力端４３との
組合せである。光ファイバ４２は一緒に束ねられ、前腕部２８の軸３１に沿って
手首部３０まで延び出力ヘッド３２内に末端が位置するように、ロボットアーム
１６の前腕部２８内に配置されている。出力ヘッド３２は、手首部３０に取り付
けられており光ファイバ４２が出力ヘッド３２に進入するときに通過する第１の
端部４４ａと、光ファイバ４２の出力端４３から出射されたレーザ光１８ａが送
り出される第２の端部すなわち「出射」端部４４ｂとを有する管状ハウジング４
４であることが好ましい。管状ハウジング４４は、金型１２の複雑な表面１３に
レーザ光１８ａを容易にあてることができるように湾曲されていることが好まし
い。さらに、後述するように、管状ハウジング４４を通って、清浄動作中に蒸発
した残留材料を吸い出すために、出力ヘッド３２に真空装置、すなわち「煙吸引
器」（不図示）が取り付けられていることが好ましい。
【００３１】 図４、図５、および図６を参照すると、光ファイバ４２の出力端４３は、レー
ザ１８から出射されたレーザ光１８ａが光のストライプ１８ｂを形成するように
そろえられている。光ファイバ４２の直径「ｄ」と、個々のファイバ４２の間の
間隔「ｓ」は、光のストライプ１８ｂの長さが約１．９２ｃｍ（０．７５インチ
）〜約３．８１ｃｍ（１．５インチ）の範囲内になるようなものであることが最
も好ましい。光のストライプ１８ｂの幅は、約０．２５ｃｍ（０．０９８インチ
）〜約１．５ｃｍ（０．３９４インチ）の範囲内であり、約１．９２ｃｍ〜約３
．８１ｃｍの離隔距離ｄs（すなわち、ファイバ４２の出力端から成形表面１３ までの距離）だけ離れて成形表面１３上に形成される。ロボット１４は、光のス
トライプ１８ｂが後述するように残留材料を除去するのに十分な強度を有するよ
うに、ファイバ４２の出力端４３が、成形表面１３の、ストライプ１８ｂが投影
される部分に常に確実に垂直になるようにプログラムされるのが好ましい。
【００３２】 複数の光ファイバ４２を有することが好ましいが、その代わりに、出力ヘッド
３２の管状ハウジング４４上または管状ハウジング４４内に取り付けられ、図３
に示されているように光ファイバ４２を通してレーザ光１８ａを出射し得るロボ
ットアーム１６の手首部３０から、タイヤ金型１２の成形表面１３などの所望の
目標にレーザ光１８ａを向けるように構成された、図７に示されているミラー９
２および９４などの一連の光学リフレクタ９０によって出力システム３８を構成
することもできる。さらに、レーザ１８からのレーザ光１８ａを、ロボットアー
ム１６のエンドエフェクタ（すなわち、ある種のレーザ出力ヘッド）に、そして
さらにそこから所望の目標へと出射する、他のいかなる適切なシステムを使用す
ることも本発明の範囲内である。
【００３３】 図１および図２を参照すると、ロボット式レーザ清浄装置１０は、ロボット１
４の動作を制御し、ロボットの動作をレーザ１８に伝えるコントローラ４６をさ
らに備えている。（後述する）清浄動作中に、コントローラ４６は、出力ヘッド
３２がタイヤ金型１２に対して少なくとも１組の所定の運動によって移動するよ
うに、ロボットアーム１６に指令する。この１組の所定の運動によって、ヘッド
３２から出射されたレーザ光１８ａは成形表面１３のすべての部分に入射させら
れる。コントローラ４６は、レーザ１８が清浄動作中の適切な時間にオン／オフ
されるように、レーザ１８の作動および作動解除も制御する。さらに、コントロ
ーラ４６は、ロボットアーム１６を、異なる複数組の所定の運動によって移動す
るように作動させることができるように、完全にプログラムすることができる。
このようにコントローラがプログラム可能であることによって、この清浄装置１
０を、異なるサイズおよび／または形状を有する様々な金型１２で使用すること
ができる。コントローラ４６は、市販のロボット１４を備えた標準的な制御シス
テムであることが好ましいが、その代わりに、コントローラ４６は、独立して設
けられたパーソナルコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（「Ｐ
ＬＣ」）、またはロボット１４およびレーザ１８に接続された、プログラム可能
なこのような他の装置（不図示）であってもよい。
【００３４】 図１および図２を参照すると、ロボット式レーザ清浄装置１０は、金型１２を
ロボット１４に対して特定の位置に配置するとともに金型をロボット１４に対し
て回転させるように構成された、少なくとも１つの回転可能な支持体４８をさら
に備えることが好ましい。回転可能な支持体４８は、垂直軸５３の周りを回転す
るように固定ベース５２に回転可能に取り付けられた回転テーブル５０を備える
ことが好ましいが、その代わりに、筒状のプラットフォーム（不図示）など他の
回転可能な装置を使用することもできる。さらに、回転可能な支持体４９に連結
された中心合わせ装置（不図示）が、テーブル５０上に配置されたタイヤ金型１
２を、軸５３に関して中心合わせするものであり、スライド可能かつ半径方向に
移動可能にテーブル５０に取り付けられている３つの中心合わせ案内部材（不図
示）によって構成されることが好ましい。サーボモータ（不図示）が、回転テー
ブル５０を駆動するものであり、コントローラ４６によって制御されることが好
ましいが、その代わりに、サーボモータは、独立したコントローラ（不図示）ま
たは手動操作のスイッチおよび速度制御装置（どちらも不図示）によって制御さ
れてもよい。コントローラ４６は、サーボモータが支持体４８、したがってテー
ブル５０上の金型１２を回転させる速度を制御し、後述するようにテーブル５０
の回転をロボットアーム１６の移動に合わせる。
【００３５】 回転可能な支持体４８を有することによって、清浄装置１０は、テーブル５０
を使用して、金型１２を出力ヘッド３２の周りに回転するように作動させること
ができ、テーブル５０が回転することによって、成形表面１３の外周の異なる部
分が光ファイバ４２の出力端４３に位置合わせされる。したがって、テーブル５
０が回転することによって、レーザストライプ１８ｂは成形表面１３の全周にわ
たって通過することができる。回転可能な支持体がない場合、ロボットアーム１
６は、レーザストライプ１８ｂが成形表面１３のすべての部分に届くように、ヘ
ッド３２を中心軸５３の周りに回転させる必要がある。したがって、回転可能な
支持体４８によって自由度を追加することにより、ロボットアーム１６によって
必要とされるねじれおよび回転の量が最小限に抑えられ、それによって、清浄装
置１０、特に光ファイバ４２が損傷する可能性が低減する。しかし、あまり望ま
しくはないが、金型１２用の固定支持体（不図示）を有する清浄装置を使用する
ことも、本発明の範囲内である。さらに、図１に示されているように、清浄装置
１０は、２つの支持体４８および５４がロボット１４から概ね等距離になるよう
な間隔を置いて配置されるように、ロボット１４に隣接して配設された第２の回
転可能な支持体５４を備えていることが好ましい。２つの支持体４８，５４を用
いることによって、清浄にされた金型１２を一方の支持体４８または５４から取
り外し、清浄すべき別の金型１２と交換することができ、その間、清浄装置１０
は他方の支持体５４または４８上に配置された金型１２に対する清浄動作を実行
している。
【００３６】 作動時に、ロボット式レーザ清浄装置１０は、タイヤ成形動作が行われた後に
タイヤ金型に残っている残留材料を除去するために使用されることが最も好まし
い。このような材料には、未加硫ゴムおよび加硫ゴムの粒子や、ブラダ（bladde
r）剥離剤や、関連する製造装置からのほこり、ごみの粒子、オイル、潤滑剤な ど他のあらゆる異物が含まれる。しかし、射出成形装置（不図示）など他のあら
ゆる種類の金型、あるいはレーザ光によって清浄にするのに適した材料で構成さ
れた他のあらゆる製造装置から、他の残留材料を除去するために清浄装置１０を
使用することも、本発明の範囲内である。
【００３７】 一般に、清浄装置１０は、テーブル５０を回転させることによって金型１２が
回転するように動作し、同時に、ロボット１４は、レーザストライプ１８ｂが金
型１２からすべての残留材料を除去するために成形表面１３のあらゆる部分に入
射するように、出力ヘッド３２の位置決めおよび再位置決めを行う。より具体的
には、清浄装置１０を使用する際の第１のステップは、回転可能な支持体４８と
５４のうちの一方または両方にタイヤ金型１２を配置し、それから回転テーブル
４０上の金型１２を軸５３に中心合わせすることである。金型１２が軸５３に中
心合わせされると、コントローラ４６は、金型１２の成形表面１３全体の位置を
「知る」ようにプログラムされ、それによって、ロボットアーム１６をタイヤ金
型１２内に正確に位置決めすることができる。コントローラ４６は、出力ヘッド
３２がタイヤ金型１２の内部で成形表面１３に対し初期位置に配置されるように
、ロボット１４を作動させる。その後、コントローラ４６はレーザ１８を作動さ
せ、金型１２が、軸５３、したがって出力ヘッド３２の周りを、好ましくは毎分
約０．５回転（「ｒｐｍ」）から約６．０ｒｐｍの間の回転速度で回転するよう
に、回転テーブル５０を回転させる。ロボットアーム１６は、光のストライプ１
８ｂが成形表面１３のすべての部分に入射するように出力ヘッド３２が光ストラ
イプ１８ｂの向きを導くように、１組の所定の運動を行なう。光のストライプ１
８ｂが成形表面１３に入射すると、ストライプ１８ｂは成形表面上の残留材料に
接触し、その材料を蒸発させる。そして、蒸発した材料を煙吸引器（不図示）に
よって金型１２から排出することができる。成形表面１３全体にわたる光のスト
ライプ１８ｂの、１回の「パス」によって、金型１２から残留材料を完全に除去
することが好ましい。しかし、最初に成形表面１３上に厚く堆積した残留材料が
存在している場合など、必要であれば、この清浄ステップを繰り返すことができ
る。
【００３８】 本発明の清浄装置１０は、従来技術の金型清浄システムに勝る多くの利点を有
している。たとえば、これをロボット１４に取り付けることによって、レーザ清
浄ステップが完全に自動化され、したがって、疲労および／または不注意などの
要因によるオペレータエラーがほぼなくなる。したがって、本発明の装置１０に
よって清浄にされたタイヤ金型１２には、Ｎａｇｙの特許第５３７３１４０号に
開示されている手持ちレーザシステムを使用して清浄にされた金型１２よりもは
るかに残留材料をなくすことができる。さらに、回転可能な支持体４８、５０を
有することにより、Ｎａｇｙの装置の場合に起こる光ファイバの磨耗は、ロボッ
ト式レーザ清浄装置１０の場合には存在しない。さらに、清浄システム１０は、
ＣＯ2ペレットを使用する清浄システムよりも静かである。さらに、レーザ光１ ８ａが非研磨の方法で成形表面１３を清浄にするので、本発明の清浄装置１０に
よって清浄にされる金型１２の寿命は、ガラスビーズまたはプラスチックビーズ
、あるいは金属ショットによる衝撃を伴う工程など、現行の研磨工程によって繰
返し清浄にされる金型よりも長い。
【００３９】 当業者には、本発明の広義の概念から逸脱せずに前述の実施形態を変更できる
ことが理解されよう。したがって、本発明が、開示された特定の実施形態に限定
されず、かつ添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨および範囲
内の変形例を含むことを意図していることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のロボット式レーザ清浄装置の平面図である。
【図２】 清浄動作実行中を示す、ロボットと、回転可能な１つの支持体上のタイヤ金型
との側面図である。
【図３】 ロボットアームの前腕部および手首部の一部切欠拡大側面図である。
【図４】 レーザ出力ヘッドの大幅に拡大された側断面図である。
【図５】 図４の線５−５に沿う図である。
【図６】 光のストライプの一例を示している、出力ヘッドの端部および成形表面の一部
の切欠拡大斜視図である。
【図７】 本発明の光学リフレクタを組み込んだレーザ出力ヘッドの代替実施形態の図で
ある。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１１年１２月１４日（１９９９．１２．１４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００１】 技術分野 本発明は、タイヤ金型を清浄にする装置および方法に関し、特に、ロボット制
御装置上に取り付けられたレーザを使用してタイヤ金型を清浄にする方法および
装置に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】 最近、表面を清浄にするためにレーザシステムが使用されている。たとえば、
Nagyの米国特許第５３７３１４０号には、金型内の表面を清浄にするレーザ等の
光源を備えたプレス機内で金型を清浄にするシステムが開示されている。光源は
、異なるプレス機の間を移動する持ち運び可能なユニットとして構成することが
でき、あるいは、プレス機内で金型を清浄にするためにレーザから個々のプレス
機に至る複数の光路を有する単一のレーザであってもよい。 Nagyの特許では、レーザから発せられる放射に広く言及するために、「光（li
ght）」という用語が用いられている。この慣例に合わせると、本特許文書全体で
、レーザ放出に関して、「放射（radiation）」という用語と「光（light）」と
いう用語は互いに置換可能であると考えられる。 レーザを用いて金型を清浄にする他の方法が、ドイツ特許第１９５１７２１８
号に開示されており、これは、例えば、レーザパルスをレーザ作業ヘッドに伝達
するミラーが設けられている、ピボット回転するマジックハンド、すなわちヒン
ジ結合された梁アームによって、清浄にされるべき加熱プレス機上で駆動される
作業ヘッドを有する従来の持ち運び可能なレーザ装置を備えている装置および方
法について述べている。レーザ作業ヘッドは、コンピュータや、レーザで除去さ
れたごみを集めるために用いられる吸引システムに制御され得る。 ドイツ特許第４４１３２１８号に開示されている、構造部から非接触で薄膜を
除去したりレーザ光線パルスにより表面を清浄にする装置は、レーザ光線が、光
学的反射および合焦装置により、作業ヘッドとレーザ放射源とにヒンジ結合され
ている可撓性の光学−機械的ヒンジ結合アームを介して案内される、レーザ放射
源としてのＴＥＡ−ＣＯ2レーザを有している。アームまたは作業ヘッドの適応 性のある光学システムは、屈曲したミラーおよび／またはレンズを含んでいても
よい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】 米国特許第５１５１１３４号に開示されている、レーザを用いて表面を清浄に
する他の方法は、たとえば、「レーザ光線を、互いに概ね等しいエネルギーを有
する複数の個別のレーザ光線に分離し、個々の光線を単一のレーザ光線に再結合
するとともに光ファイバ組立体によって案内する光学システムを設けること」を
述べている。再結合された出力光線は、一般に、無限焦点光学組立体により制御
された直径を有する円形である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】 本出願人は、高速かつ効率的であり、従来技術の方法および装置よりも騒音の
少ない、レーザを用いてタイヤ金型を清浄にする方法および装置の必要性を認識
した。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】 発明の目的および概要 本発明の目的は、添付の１つまたは２つ以上の請求項に定義され、したがって
以下の１つまたは２つ以上の副次的な目的を達成するように構成することのでき
るロボット式レーザタイヤ金型清浄システム（装置）と、このシステムを作動さ
せる方法を提供することである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】 本発明のさらに他の目的は、タイヤ金型を清浄にするために、タイヤ金型を回
転させながら、ロボットに取り付けられたレーザを使用する、金型清浄用の新規
な改良されたロボット式レーザタイヤ金型清浄システムおよび使用方法を提供す
ることである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３２】 複数の光ファイバ４２を有することが好ましいが、その代わりに、出力ヘッド
３２の管状ハウジング４４上または管状ハウジング４４内に取り付けられ、図３
に示されているように光ファイバ４２を通してレーザ光１８ａを出射し得るロボ
ットアーム１６の手首部３０から、タイヤ金型１２の成形表面１３などの所望の
目標にレーザ光１８ａを向けるように構成された、図７に示されているミラー９
２および９４などの一連の光学リフレクタによって出力システム３８を構成する
こともできる。さらに、レーザ１８からのレーザ光１８ａを、ロボットアーム１
６のエンドエフェクタ（すなわち、ある種のレーザ出力ヘッド）に、そしてさら
にそこから所望の目標へと出射する、他のいかなる適切なシステムを使用するこ
とも本発明の範囲内である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３９】 当業者には、本発明の広義の概念から逸脱せずに前述の実施形態を変更できる
ことが理解されよう。したがって、本発明が、開示された特定の実施形態に限定
されず、かつ添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲内の変形例
を含むことを意図していることが理解される。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】 レーザの放射ストライプの一例を示している、出力ヘッドの端部および成形表
面の一部の切欠拡大斜視図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年３月１１日（２０００．３．１１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】 ブラスティング以外に、従来技術として、材料を金型から簡単に除去するため
にこれをはずれさせる集中的熱源を用いることが知られている。一例として、St
ephenson等の英国特許第２６９７２１号があり、これには、酸化アセチレン火炎
吹管のためのマルチジェット装置が開示されている。その図１および図２を見る
と、吹管が金型の断面に沿って配置されており、それにより、金型が吹管を越え
て回転させられるときに「より広い範囲が同時に処理できる」。したがって、金
型が回転させられるときに、各吹管は、金型表面の異なる環状部分を横切る。こ
の装置は、続いて、火炎を熱することによりはずれさせられた材料を除去するの
を助けるために、金属のワイヤーブラシを用いてブラッシングすることを含む。 最近、表面を清浄にするためにレーザシステムが使用されている。レーザ放射
は、ブラッシングなどの物理的接触手段を必要とすることなく、表面の汚染物質
を「吹き飛ばす（blast away）」ために十分に速く強い表面加熱を生じさせる。
たとえば、Nagyの米国特許第５３７３１４０号には、金型内の表面を清浄にする
レーザ等の光源を備えたプレス機内で金型を清浄にするシステムが開示されてい
る。光源は、異なるプレス機の間を移動する持ち運び可能なユニットとして構成
することができ、あるいは、プレス機内で金型を清浄にするためにレーザから個
々のプレス機に至る複数の光路を有する単一のレーザであってもよい。 Nagyの特許では、レーザから発せられる放射に広く言及するために、「光（li
ght）」という用語が用いられている。この慣例に合わせると、本特許文書全体で
、レーザ放出に関して、「放射（radiation）」という用語と「光（light）」と
いう用語は互いに置換可能であると考えられる。 レーザを用いて金型を清浄にする他の方法が、ドイツ特許第１９５１７２１８
号に開示されており、これは、例えば、レーザパルスをレーザ作業ヘッドに伝達
するミラーが設けられている、ピボット回転するマジックハンド、すなわちヒン
ジ結合された梁アームによって、清浄にされるべき加熱プレス機上で駆動される
作業ヘッドを有する従来の持ち運び可能なレーザ装置を備えている装置および方
法について述べている。レーザ作業ヘッドは、コンピュータや、レーザで除去さ
れたごみを集めるために用いられる吸引システムに制御され得る。 ドイツ特許第４４１３２１８号に開示されている、構造部から非接触で薄膜を
除去したりレーザ光線パルスにより表面を清浄にする装置は、レーザ光線が、光
学的反射および合焦装置により、作業ヘッドとレーザ放射源とにヒンジ結合され
ている可撓性の光学−機械的ヒンジ結合アームを介して案内される、レーザ放射
源としてのＴＥＡ−ＣＯ2レーザを有している。アームまたは作業ヘッドの適応 性のある光学システムは、屈曲したミラーおよび／またはレンズを含んでいても
よい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２９Ｌ 30:00 Ｂ２９Ｌ 30:00 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ (71)出願人 1144 Ｅａｓｔ Ｍａｒｋｅｔ Ｓｔｒｅ ｅｔ，Ａｋｒｏｎ，Ｏｈｉｏ 44316− 0001，Ｕ．Ｓ．Ａ． Ｆターム(参考） 3B116 AA46 AB34 AB54 BB78 BC01 4F202 AH20 AM10 CA21 CB01 CS02 CS04 4F203 AH20 AM10 DA11 DC01 DL10 【要約の続き】 回転させることによって成形表面の異なる部分がレーザ の出力端にそろえられる際に、レーザからの光（１８ ａ）が表面に入射し表面から残留材料を除去するように この光の向きを定めるように、レーザ（１８）の出力端 を成形表面（１３）に位置合わせされる。

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 成形表面を有する金型から残留材料を除去する清浄装置にお
    いて、 複数の自由度で運動することができ、自由端を有するアームを備えているロボ
    ットと、 前記ロボットに連結されており、前記ロボットによって位置決めされ得るよう
    に前記自由端の近くで前記アームに取り付けられている出力端を有しているレー
    ザであって、前記ロボットが、前記レーザからの光が前記表面に入射し前記表面
    から残留材料を除去するようにこの光の向きを定めるように前記レーザの前記出
    力端を前記成形表面に対して位置決めするレーザとを有することを特徴とする清
    浄装置。
  2. 【請求項２】 前記ロボットの前記アームが６つの自由度で運動できること
    をさらに特徴とする、請求項１に記載の清浄装置。
  3. 【請求項３】 回転することによって前記成形表面の異なる部分が前記レー
    ザの前記出力端に揃えられるように前記金型が配設されている、前記ロボットの
    近くに配設された回転可能な支持体をさらに有することを特徴とする、請求項１
    に記載の清浄装置。
  4. 【請求項４】 各ファイバが、前記レーザに接続されている第１の端部と、
    前記ロボットの前記アームの前記自由端に取り付けられている出力用の第２の端
    部とを有する、複数の光ファイバを備えている光学出力システムをさらに有する
    ことを特徴とする、請求項１に記載の清浄装置。
  5. 【請求項５】 前記光ファイバの前記出力端が、前記レーザが前記成形表面
    上に光のストライプを形成するようにそろえられていることを特徴とする、請求
    項４に記載の清浄装置。
  6. 【請求項６】 前記ロボットの前記アームの前記自由端に取り付けられ、前
    記レーザの前記出力端を中に入れているレーザ出力ヘッドをさらに有することを
    特徴とする、請求項１に記載の清浄装置。
  7. 【請求項７】 前記ロボットに接続され、少なくとも１組の所定の運動によ
    って前記ロボットアームの向きを定めるように構成されているプログラマブルコ
    ントローラをさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の清浄装置。
  8. 【請求項８】 前記コントローラが、前記レーザを前記ロボットと接続する
    ように構成されていることを特徴とする、請求項７に記載の清浄装置。
  9. 【請求項９】 前記レーザが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、パルスＣＯ2レーザ、 およびパルスエキシマレーザを含むグループから選択されていることを特徴とす
    る、請求項１に記載の清浄装置。
  10. 【請求項１０】 金型の成形表面から残留材料を除去する方法であって、 複数の自由度で運動できるアームを有するロボットと、前記ロボットに連結さ
    れ、かつ前記アームに取り付けられた出力端を有するレーザとを設けることと、 前記レーザの前記出力端を前記成形表面に位置合わせするために前記アームを
    自動的に移動させることと、 レーザ光が前記成形表面に入射し前記表面上に位置する残留材料を除去するよ
    うに、前記レーザを作動させることとを含む除去方法。
  11. 【請求項１１】 回転可能な支持体を設けることと、 前記回転可能な支持体上に前記金型を位置決めすることと、 前記金型が前記レーザの前記出力端の周りを回転するように前記支持体を回転
    させることとをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 レーザ光が前記成形表面の異なる部分に向くように、１組
    の所定の運動によって前記レーザの前記出力端を移動させるように前記ロボット
    に指令することをさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記ロボットに接続され、かつ前記アームの前記運動を指
    令するように構成されたコントローラを設けることをさらに含むことを特徴とす
    る、請求項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 金属の物体を清浄にするシステムにおいて、 複数の自由度で運動することができ、自由端を有するアームを備えているロボ
    ットと、 前記ロボットに連結されており、前記ロボットによって位置決めされ得るよう
    に前記自由端の近くで前記アームに取り付けられている出力端を有するレーザと
    、 前記ロボットの近くに配設されており、前記物体を支持し、かつ前記物体を前
    記レーザの前記出力端に対して回転させるように構成されている回転可能な支持
    体とを有することを特徴とする清浄システム。
  15. 【請求項１５】 各ファイバが、前記レーザに接続されている第１の端部と
    、前記ロボットの前記アームの前記自由端に取り付けられている出力用の第２の
    自由端とを有する、複数の光ファイバを備えている光学出力システムをさらに有
    することを特徴とする、請求項１４に記載の清浄システム。
  16. 【請求項１６】 前記ロボットに接続され、かつ少なくとも１組の所定の運
    動によって前記ロボットアームの向きを定めるように構成されたプログラマブル
    コントローラをさらに有することを特徴とする、請求項１４に記載の清浄システ
    ム。
  17. 【請求項１７】 前記レーザが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、パルスＣＯ2レーザ 、およびパルスエキシマレーザを含むグループから選択されていることを特徴と
    する、請求項１４に記載の清浄装置。
  18. 【請求項１８】 各ファイバが前記レーザに接続された第１の端部を有する
    複数の光ファイバと、前記光ファイバからのレーザ光の向きを前記金属の物体の
    方に変える複数の偏向器とを備えている光学出力システムをさらに有することを
    特徴とする、請求項１４に記載の清浄システム。
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