JP2010264568A - ２軸ポジショナー - Google Patents

Abstract

【課題】小型で汎用性のモータを使用することにより、コストを低く抑え、使用中にモータが壊れても、直ぐに新しい交換できるようにした２軸ポジショナーを提供する。
【解決手段】支持フレーム１の台枠３上に、テーブル回転用モータ５で垂直軸Ｖ回りに回転するワークテーブル４を支承し、支持架構６の左右竪枠８，８に、フレーム傾動用モータ９で水平軸Ｈ回りに回転する支持フレーム１を支承した２軸ポジショナーにおいて、テーブル回転用モータ５は、支持フレーム１に設けた複数のモータ５，５からなり、これらのモータ５，５の出力軸１０，１０に取り付けた駆動歯車１１，１１を、ワークテーブル４側の駆動用内歯車１２に噛合し、フレーム傾動用モータ９は、支持架構６に設けた複数のモータ９，９からなり、これらのモータ９，９の出力軸１５，１５に取り付けた駆動歯車１６，１６を、支持フレーム１側の駆動用内歯車１７に噛合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、大形の溶接構造物などを適切な姿勢で溶接などの作業が行えるように作業効率の良い位置にポジショニング（位置決め）するための２軸ポジショナーに関する。

従来の２軸ポジショナーとして、特許公報などの公知文献を具体的に挙げることはできないが、従来より使用されている大型の２軸ポジショナーは、左右側枠と両側枠の下端部をつなぐ台枠とからなる支持フレームの台枠上に、テーブル回転用モータによって垂直軸回りに回転駆動されるワーク搭載用のワークテーブルを支承し、基台と左右竪枠とからなる支持架構の左右竪枠に、フレーム傾動用モータによって水平軸回りに回転駆動される支持フレームの左右側枠を支承してなるもので、ワークテーブル上に治具を介して必要なワークを搭載し、垂直軸回りにワークテーブルを所要角度回転させると共に、水平軸回りに支持フレームを所要角度回転させることによって、ワークを任意の姿勢に位置決めするようになっている。

上記のような従来の大型２軸ポジショナーでは、テーブル回転用モータは支持フレームの台枠上に特別に製作された巨大なモータを１つ設置し、このモータの出力軸に設けた駆動歯車を、ワークテーブル側に取り付けられて支持フレーム側に支承された内歯車に噛合して、このモータを起動させることにより、ワークテーブルを回転させ、またフレーム傾動用モータは、支持架構の基台上に巨大なモータを１つ設置し、このモータの出力軸に取り付けた駆動歯車を、支持フレームの片方の側枠に取り付けた巨大な扇形歯車に噛合し、このモータを起動させることにより、支持フレームを傾動させるようにしていることから、モータのコストが非常に高くついて装置全体の製作コストが高くなり、またそのモータが壊れて使えなくなると、新しいモータが納入されるまでに１〜２年もかかるという状況にあるため、ポジショナーの使用ができなくなるという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑み、小型で汎用性のある比較的安価なモータを使用することにより、装置全体のコストを低く抑えることができると共に、使用中にモータが壊れたりして使えなくなっても、直ぐに新しいモータと交換できるようにした２軸ポジショナーを提供することを目的としている。

上記課題を解決するための手段を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明は、左右側枠２，２と両側枠２，２の下端部をつなぐ台枠３とからなる支持フレーム１の台枠３上に、テーブル回転用モータ５によって垂直軸Ｖ回りに回転駆動されるワークテーブル４を支承し、基台７と左右竪枠８，８とからなる支持架構６の左右竪枠８，８に、フレーム傾動用モータ９によって水平軸Ｈ回りに回転駆動される支持フレーム１の左右側枠２，２を支承してなる２軸ポジショナーにおいて、
テーブル回転用モータ５は、支持フレーム１の台枠３に設けた複数のモータ５，５からなり、これら複数のモータ５，５の夫々の出力軸１０，１０に取り付けた駆動歯車１１，１１を、ワークテーブル４側に垂直軸Ｖと同軸に取り付けた駆動用内歯車１２に噛合し、フレーム傾動用モータ９は、支持架構６の左右竪枠８，８に設けた複数のモータ９，９からなり、これら複数のモータ９，９の夫々の出力軸１５，１５に取り付けた駆動歯車１６，１６を、支持フレーム１の左右各側枠２側に水平軸Ｈと同軸に取り付けた駆動用内歯車１７に噛合してなることを特徴とする。

請求項２は、請求項１に記載の２軸ポジショナーにおいて、テーブル回転用の複数のモータ５どうし及びフレーム傾動用の複数のモータ９どうしは、夫々非同期で回転させるようになっていることを特徴とする。

上記解決手段による発明の効果を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項１に係る発明の２軸ポジショナーによれば、テーブル回転用モータ５として、支持フレーム１の台枠３に設けられる複数のモータ５を使用し、各モータ５の出力軸１０に取り付けた駆動歯車１１を、ワークテーブル４側に垂直軸Ｖと同軸に取り付けた駆動用内歯車１２に噛合するようにし、またフレーム傾動用モータ９として、支持架構６の左右各竪枠８に設けられる複数のモータ９を使用し、各モータ９の出力軸１５に取り付けた駆動歯車１６を、支持フレーム１の左右各側枠２側に水平軸Ｈと同軸に取り付けた駆動用内歯車１７に噛合しているから、テーブル回転用モータ５及びフレーム傾動用モータ９として、夫々小型で汎用性のある比較的安価なモータモータ５，９を使用でき、従って装置（２軸ポジショナー）全体のコストを低く抑えることができると共に、使用中にモータ５，９が壊れたりして使えなくなっても、直ぐに新しいモータと交換することができるため、長期間作業を中断することなく継続使用が可能となる。

また、この発明の２軸ポジショナーによれば、従来では夫々１つのモータしか使用していなかったテーブル回転用モータ５及びフレーム傾動用モータ９を、夫々複数使用するために、１つのモータの出力歯車にかかる力が少なくて済み、例えば４つのモータを使用した場合には１つのモータしか使用しない場合の四分の一となり、従って破損等が少なく、使用寿命を延ばすことができる。

請求項２に係る発明のように、テーブル回転用の複数のモータ５どうし及びフレーム傾動用の複数のモータ９どうしを非同期で回転させるようになっているから、複数のモータ５間、また複数のモータ９間において、何れか負荷の軽い方のモータと他のモータとの間に負荷の差異が生じて、各モータ５の出力軸１０側の駆動歯車１１とワークテーブル４側の駆動用内歯車１２との噛み合い時、また各モータ９の出力軸１５側の駆動歯車１６と支持フレーム１の左右各側枠２側の駆動用内歯車１７との噛み合い時に歯間に生じるバックラッシがなくなり、それにより振動がなく、動力伝達が精確となって、高精度の位置決めが可能となる。

本発明に係る２軸ポジショナーの正面図である。 図１のＸーＸ線断面図である。 同上の２軸ポジショナーの側面図である。 ワークテーブルの駆動部を示す拡大断面図である。 支持フレームの駆動部を示す拡大断面図である。

以下に本発明の好適な一実施形態を図面に基づいて説明すると、本発明に係る大型の２軸ポジショナーを示す図１において、１は支持フレームで、左右側枠２，２と両側枠２，２の下端部をつなぐ台枠３とによって略上向きコ字状に枠組み形成されている。４は支持フレームの台枠３上に垂直軸Ｖ回りに回転可能に支承されたワークテーブルで、台枠３に設けられた複数のテーブル回転用モータ５によって回転駆動され、このワークテーブル４に治具Ｚを介してワークＷが搭載されるようになっている。

この図１に示す２軸ポジショナーは、最大搭載荷重（ワークＷの重量＋治具Ｚの重量＋ワークテーブル４の重量）が例えば１００トンの大型ポジショナーで、ワークテーブル４は、直径が６５００ｍｍ、高さが５００ｍｍとなっている。尚、図１には、ワークＷとして、例えば石油プラントの鏡板を仮想線で示している。

６は支持フレーム４を水平軸Ｈ回りに回転可能に支承する支持架構で、床面Ｆ上に載設される基台７と、この基台７の両端部上に立設された左右の竪枠８，８とから構成され、両竪枠８，８に夫々設けられた複数のフレーム傾動用モータ９によって支持フレーム１を水平軸Ｈ回りに回転駆動させるようになっている。

上記２軸ポジショナーの構造について更に説明すると、図４から分かるように、テーブル回転用モータ５は、支持フレーム１の台枠３に設置された２つのモータ５，５からなるもので、２つのテーブル回転用モータ５，５の出力軸１０，１０には夫々駆動歯車１１が取り付けられ、両駆動歯車１１，１１は、ポジショナー面板１３に垂直軸Ｖと同軸に取り付けられた大径の駆動用内歯車１２に噛合され、この大径の駆動用内歯車１２は、支持フレーム１の台枠３側に取り付けられた軸受装置１４によって回転自在に支持されている。ワークテーブル４は、ポジショナー面板１３の上面に垂直軸Ｖと同軸に一体的に取り付けられている。尚、図４において、２０はワークテーブル４の回転を検出するロータリーエンコーダーである。

従って、支持フレーム１の台枠３に設けた２つのテーブル回転用モータ５，５を起動させることにより、両モータ５，５の出力軸１０，１０に固定された両駆動歯車１１，１１を介してワークテーブル４側の大径の駆動用内歯車１２が回転し、これによりワークＷを搭載したワークテーブル４がエンドレスで回転するようになっている。

この場合、２つのテーブル回転用モータ５，５どうしは非同期で回転させるようになっている。これは、モータ５，５間において何れか負荷の軽い方のモータ５と他のモータ５との間に負荷の差異が生じることによって、各モータ５の出力軸１０側の駆動歯車１１とワークテーブル４側の駆動用内歯車１２との噛み合い時に歯間に生じるバックラッシがなくなり、それによって振動がなく、伝動が精確となって、高精度の位置決めが可能となるからである。

このテーブル回転用モータ５の仕様を参考までに例示すれば、回転トルクは１３０００ｋｇ・ｍ、回転速度は０．２５ｒｐｍ、回転角度はエンドレス、回転モータは２．２ｋＷ×４Ｐ・２００Ｖ×６０Ｈｚ×１８００ｒｐｍ×１／１４７０、ブレーキ付きインバーターモータであり、減速機出力トルクは１６３０kgｆ・ｍであり、減速機出力軸回転数は１．１８ｒｐｍである。

フレーム傾動用モータ９は、図１，図３及び図５に示すように、支持架構６の左右各竪枠８に設けた２つのモータ９，９からなるもので、２つのフレーム傾動用モータ９，９の出力軸１５，１５には夫々駆動歯車１６が取り付けられ、両駆動歯車１６，１６は、支持フレーム１の左右各側枠２に水平軸Ｈと同軸に取り付けられた大径の駆動用内歯車１７に噛合され、この大径の駆動用内歯車１７は、図５から分かるように、竪枠８に取り付けられた軸受装置１８によって回転自在に支持されている。

従って、支持架構６の左右各竪枠８に設けた２つのモータ９，９を両竪枠８，８で同時に起動させることにより、各竪枠８の２つのモータ９，９の出力軸１５，１５に固定された両駆動歯車１６，１６を介して支持フレーム１側の大径の駆動用内歯車１７が回転し、これにより支持フレーム１の左右両側枠２，２が手前側へ１８０度、反対側へ１６０度の範囲(図３参照）で回転することができ、ワークテーブル４上のワークＷを任意の位置へ傾けることができる。

この場合も、左右両竪枠８に配された４つのモータ９・・・は非同期で回転させるようになっている。これは、モータ９・・・間において何れか負荷の軽い方のモータ９と他のモータ９との間に負荷の差異が生じることにより、各モータ９の出力軸１５側の駆動歯車１６と支持フレーム１の左右各側枠２側の駆動用内歯車１７との噛み合い時に歯間に生じるバックラッシがなくなり、それにより振動がなく、伝動が精確となって、高精度の位置決めが可能となるからである。

このフレーム傾動用モータ９の仕様を参考までに例示すれば、回転トルクは６００００ｋｇ・ｍ、傾動速度は０．２ｒｐｍ、傾動角度は＋１８０度〜−１６０度、傾動モータは３．７ｋＷ×４Ｐ・２００Ｖ×６０Ｈｚ×１８００ｒｐｍ×１／２０６５、ブレーキ付きインバーターモータであり、減速機出力トルクは３５２０kgｆ・ｍであり、減速機出力軸回転数は０．８４７ｒｐｍである。

尚、図１及び図２において、１９は支持フレーム１の左右各側枠２に適宜に取り付けられるバランスウェイトで、ワークテーブル４上に想定以上にアンバランスなワークＷを搭載する時に随時使用するようになっている。

上述したように、この２軸ポジショナーでは、テーブル回転用モータ５として、支持フレーム１の台枠３に設けられる２つのモータ５，５を使用し、この２つのモータ５，５の夫々の出力軸１０に取り付けた駆動歯車１１を、ワークテーブル４側に垂直軸Ｖと同軸に取り付けた駆動用内歯車１２に噛合するようにし、またフレーム傾動用モータ９として、支持架構６の左右各竪枠８に設けられる２つのモータ９，９を使用し、この２つのモータ９，９の夫々の出力軸１５に取り付けた駆動歯車１６を、支持フレーム１の左右各側枠２側に水平軸Ｈと同軸に取り付けた駆動用内歯車１７に噛合しているから、テーブル回転用モータ５及びフレーム傾動用モータ９として、夫々小型で汎用性のある比較的安価なモータモータ５，９を使用でき、従って装置（２軸ポジショナー）全体のコストを低く抑えることができると共に、使用中にモータ５，９が壊れたりして使えなくなっても、直ぐに新しいモータと交換することができる、長期間作業を中断することなく継続使用が可能となる。

また、この２軸ポジショナーでは、テーブル回転用の２つのモータ５，５及びフレーム傾動用の４つのモータ９・・・は、モータ５，５どうしを、またモータ９・・・どうしを夫々非同期で回転させるようにしているから、モータ５，５間、またモータ９・・・間において何れか負荷の軽い方のモータと他のモータとの間に負荷の差異が生じることによって、各モータ５の出力軸１０側の駆動歯車１１とワークテーブル４側の駆動用内歯車１２との噛み合い時、また各モータ９の出力軸１５側の駆動歯車１６と支持フレーム１の左右各側枠２側の駆動用内歯車１７との噛み合い時に歯間に夫々生じるバックラッシがなくなり、それにより振動がなく、伝動が精確となって、高精度の位置決めが可能となる。

尚、この実施形態では、テーブル回転用モータ５として支持フレーム１の台枠３に２つのモータを配備し、フレーム傾動用モータ９として、支持架構６の左右各竪枠８に夫々２つのモータを配備していが、これらのモータ５，９は、夫々２つ以上複数配備することができる。

また、この２軸ポジショナーによれば、従来では夫々１つのモータしか使用していなかったテーブル回転用モータ５及びフレーム傾動用モータ９を、夫々複数使用するために、１つのモータの出力歯車にかかる力が少なくて済み、例えばテーブル回転用モータ５として４つのモータを使用した場合には１つのモータしか使用しない場合の四分の一となり、従って破損等が少なく、使用寿命を延ばすことができる。

１ 支持フレーム
２ 側枠
３ 台枠
４ ワークテーブル
５ テーブル回転用モータ
６ 支持架構
７ 基台
８ 竪枠
Ｖ 垂直軸
Ｈ 水平軸
９ フレーム傾動用モータ
１０ 出力軸
１１ 駆動歯車
１２ 駆動用内歯車
１５ 出力軸
１６ 駆動歯車
１７ 駆動用内歯車

Claims (2)

1. 左右側枠と両側枠の下端部をつなぐ台枠とからなる支持フレームの台枠上に、テーブル回転用モータによって垂直軸回りに回転駆動されるワークテーブルを支承し、基台と左右竪枠とからなる支持架構の左右竪枠に、フレーム傾動用モータによって水平軸回りに回転駆動される支持フレームの左右側枠を支承してなる２軸ポジショナーにおいて、
   テーブル回転用モータは、支持フレームの台枠に設けた複数のモータからなり、これら複数のモータの夫々の出力軸に取り付けた駆動歯車を、ワークテーブル側に垂直軸と同軸に取り付けた駆動用内歯車に噛合し、フレーム傾動用モータは、支持架構の左右竪枠に設けた複数のモータからなり、これら複数のモータの夫々の出力軸に取り付けた駆動歯車を、支持フレームの左右各側枠側に水平軸と同軸に取り付けた駆動用内歯車に噛合してなることを特徴とする２軸ポジショナー。
2. テーブル回転用の複数のモータどうし及びフレーム傾動用の複数のモータどうしは、夫々非同期で回転させるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の２軸ポジショナー。

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