JP3094669B2

JP3094669B2 - 微小部品の自動製造システム

Info

Publication number: JP3094669B2
Application number: JP04183444A
Authority: JP
Inventors: 和重橋本; 達弥新家; 貞雄大原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 2000-10-03
Anticipated expiration: 2015-10-03
Also published as: JPH0631550A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般部品の自動組立装
置、自動接合装置等の自動加工装置、自動検査装置等の
群から成る自動製造システムに係り、特に対象ワークが
磁気ディスクヘッドのような微小薄形部品の組立、接
合、検査等に好適な微小部品対応の自動製造システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年では、特にＯＡ・ＡＶ製品を中心に
製品の軽薄短小化・高密度化が進む傾向にあり、対象と
なる組立部品もまた微小薄形化・高機能化しつつある。
こうした傾向の中で微小薄形部品の組立のニーズも今後
益々増大することが予想されている。微小薄形部品の組
立は、形状自体が微小あるいは薄形構造である為ハンド
リングが難しい事、高機能化に伴ないマイクロメ−タオ
ーダの高い組立精度が要求されている事等があって、人
手作業が非常に困難となっていた。この為、微小薄形部
品の組立工程の自動化は必要不可欠となっていた。

【０００３】ただし消費者ニーズの多様化に伴う製品競
争の激化から製品寿命の短縮化も進みつつあり、多種中
少量生産対応の生産システムの要求も高く、単に自動化
を図るだけでなくよりフレキシブル化汎用化を目指した
生産性の高い自動組立、接合、検査等の自動製造システ
ムの構築が望まれていた。こうした背景にあって、従来
では対象部品が微小薄形部品であるなしにかかわらず、
自動化・汎用化を目的に精密動作を可能とする汎用性の
高い組立ロボットを主体とした組立システムが数多く開
発されてきた。これにより、熟練を要する人手作業の自
動化に加え、組立ロボットの持つ大きな動作領域と作業
環境への高い適用性を備えることで、高い汎用性の確保
が可能となった。例えば、精密工学会誌VoL.57−2P240
〜P243「汎用自動組立システムの開発」記載の組立シス
テム、あるいは、精密工学会「自動組立技術」講演会テ
キスト（1987）30「ロボットのシステム化と腕時計にお
ける応用事例」記載の組立システム、等はその代表的な
ものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の自動組立装置で
は、数ｍｍ³ 以下の体積あるいは１ｍｍ以下の薄さとい
った大きさの微小薄形部品を対象としたものについて考
慮されていなかった。

【０００５】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
多種少量生産に対応できるようにフレキシブルを持た
せ、且つ微小部品（微小薄形部品）にも充分対応できる
ようにした微小部品対応の自動製造方法及びその装置を
提供することにある。

【０００６】また、本発明の目的は、各作業手段を小形
化、入替えできるようにして空間効率を高めると共にフ
レキシブル性を有してクリーン化も実現できるようにし
た微小部品対応の自動製造装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、搬送手段によって搬送される被組立物を
クリーン化された室内ユニットに導入し、該室内ユニッ
トを少なくとも１つ設け、該室内ユニットの１つに供給
される微小部品と被組立物の相対的位置ずれを計測手段
で計測し、微小部品の組立作業、締結結合作業、調整作
業、検査作業を行う室内ユニットを有し、該室内ユニッ
トは着脱可能であり、各ユニットを統括する統括制御手
段を有し、該統括制御手段は、光情報によって該作業手
段の位置及び作業内容を認識し、各室内ユニットを制御
し、該微小部品を前記室内ユニットから搬出することを
特徴とする微小部品の自動製造システムである。

【０００８】また本発明は、レーザを光情報媒体と作業
用光とに分けて用い、光学伝達読み取り手段にミラー、
ハーフミラー、干渉計、ディテクタ等の光学部品を用
い、光伝達が妨げられない各室内ユニットの所定位置に
該光学部品を配置し、前記統括制御手段により出力され
る種々の制御情報を各室内ユニットに導入導出し、また
前記作業用光として、加工用、溶接用又はＵＶ接合用紫
外線光を導入する方式に用いることを特徴とする。

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【作用】組立、接合等の加工、検査等の各種ロボットを
用いた製造システムは、ＶＴＲメカニズム、オーディオ
カセットプレーヤ、レーザビームヘッド、磁気ディスク
等の高度メカトロ部品の組立やプリント基板実装、時計
・カメラ等の精密機械の加工、組立まで様々な分野に普
及してきている。

【００１９】しかし、このような製造システムは、実際
の作業において、必要とする作業領域が使用するロボッ
トの動作領域に比べはるかに小さいことが多く、製品変
動にも対応し得るシステム全体の汎用性を優先するがゆ
えに、不必要に大きな動作領域のものを使用するといっ
た犠牲をともなっていた。

【００２０】又、ロボットの設計思想の中に、大きな動
作領域を短時間で位置決めして作業ができる様にするた
めに、高速化を図るとか、高い作業性を求めるがゆえに
ロボットの先に必要以上の機能を盛り込んだ重量の大き
い汎用治具を搭載することを考えて可搬重量を大きくと
るとか、必要以上の高剛性設計思想がなされており、消
費電力も非常に損失が多く不経済なものとなっていた。

【００２１】更に、近年では多種中少量生産から多種少
量生産へと生産形態が移向しつつあり、汎用性を考慮し
てロボットを含む製造システムを工場内に施設しても、
そのめまぐるしい機種変動に追いつけず、システムの切
り替え変更を待つことなく次から次へと新しいシステム
の構築が要求されてきている。このため、少量生産のま
ま生産を続ける必要があるシステムが増え、中にはしば
らくの間遊休化するシステムも現れかねない状況となっ
てきた。

【００２２】一方、作業対象となる部品は益々体積にし
て数ｍｍ³程度、薄さにして１ｍｍあるいはそれ以下へ
と微小化薄形化に移向しつつある。即ち作業対象とし
て、微小部品を取り扱う必要がある。特にＯＡ・ＡＶ製
品のヘッド部（例えば磁気ディスク装置磁気ヘッド）の
ようなものの組立作業、締結等の加工作業、調整作業に
おいては、小さな体積あたりに収納される機能が益々高
く高密度化が進むこともあって、製造・組立工程に至る
まで塵埃を嫌う傾向にあり、これらの各種作業はクリー
ンルーム・真空チャンバ等の特殊環境下で行う必要があ
る。また半導体チップ等の薄膜・厚膜プロセスに混在す
る微小部品の組立等の各種作業もまた同様である。この
ように、本発明においては、微小薄形部品を取り扱う関
係で、クリーン化雰囲気で各種作業を施す必要がある。
そのためには、クリーンルームの施設が必要となる。し
かしクリーンルームの施設には、組立に必要な空間面積
やクリーン度に相乗した施工費に加え維持費が必要とな
り、この金額は製造コストの大きなウエイトを占めつつ
あるのが現状である。更に、クリーンルームが消費する
電力も膨大であって、地球温暖化といった地球規模の環
境保護問題がクロ−ズアップしている現在にあって、炭
酸ガスの大量発生要因の一つである火力発電の電力消費
削減に関する政府より企業への協力要請も強くなってお
り、なかなかクリーンルームの増設も難しくなってい
る。この為、クリーンルームの様な空間コストの膨大な
限定された空間の有効活用化は微小薄形部品組立の重要
な課題の一つとなってきている。真空チャンバ等の特殊
環境の施設もまた同様であって、まず大容積のものは作
りにくい事、万一作れたにしてもやはり施工費が膨大に
なる事、維持が大変な事、容積に応じ特殊環境にする時
間が大きくタクトが長くなりがちな為生産効率が低下す
る等の課題も有していた。

【００２３】本発明は、このような課題を解決できるよ
うに、微小部品に対応できるように高精度の位置決め、
およびクリーン化を達成して、しかも製造システム全体
に自由に選択できるようにフレキシブル化を達成して早
期稼働を実現できるようにしたことに特徴を有するもの
である。

【００２４】特に本発明においては、情報の伝達を光伝
達手段で一元化したことにある。また、本発明において
は、各作業手段の架台はシェル構造にして、剛性を保ち
ながら軽量化して、運搬中および着脱する際、変形しな
いようにしたことにある。

【００２５】また、本発明においては、各作業手段を構
成する位置決め機構に一層薄形構造のＸＹ位置決め機構
を用いることによって、各作業手段はもとより、自動製
造システム全体の軽量化コンパクト化を図ったものであ
る。

【００２６】以上説明したように、本発明によれば、微
小部品（微小薄形部品）対応の自動製造システムとし
て、汎用性フレキシブル性を有すると共に、高い空間効
率と経済性を持ち、小形軽量化に伴う運搬・収納が容易
となると共に、システムの変更に要する時間・労働力の
削減を実現することができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の微小部品（微小薄形部品）対
応の自動製造装置の実施例について説明する。即ち微小
部品（微小薄形部品）対応の各超小形自動作業装置（各
作業手段）１を、パレット自動搬送ユニット（搬送手
段）１８０より被組付け部品３をパレット６０上に位置
決めされて搬送される搬送経路に沿って多数並設して微
小部品対応の自動製造システム１００を構成している。
該微小部品対応の自動製造システム１００について、図
１〜図５に従って説明する。

【００２８】まず、微小部品対応の自動製造システム１
００を構成する微小部品対応の各超小形自動作業装置
（各作業手段）１の一実施例を図１に基づいて説明す
る。

【００２９】微小部品対応の各超小形自動作業装置１
は、大別すると、パレット自動搬送ユニット（搬送手
段）１８０よりパレット６０上に位置決めされて搬送さ
れてパレット供給口３１より挿入される被組付け部品３
に対して組立作業、締結作業、調整作業または検査作業
等を行う薄形クリーンロボット１０、統括制御用コント
ローラ２００からの指令に基づいて前記薄形クリーンロ
ボット１０が定められた作業をするために手先に所定の
ツール（あついはハンド）を選択して把持できるように
ツールマガジンに置かれた複数種類の超小形作業ツール
(あるいはハンド)２０、前記薄形クリーンロボット１０
を取り付けてクリーンな空気を供給する供給手段（図示
せず）を接続してクリンー化室を形成するようにした高
剛性ボディ３０および高剛性天井４０、前記被組付け部
品３に対して組付ける微小部品２を前記クリーン化室内
にマガジン投入口５１より供給する汎用マガジン５０、
光通信システム７０、および薄形クリーンロボット１０
を駆動制御する超小形制御ユニット８０とから構成され
る。

【００３０】これらにより、微小部品対応の各超小形自
動作業装置１は、微小薄形部品対応の超小形自動作業装
置として、装置自身を一人で持ち運びが可能なまでに超
小形化軽量化するとともに、持ち運びを容易にするため
に把持手段である取手を付加し、さらに自動製造システ
ム１００から容易に着脱して交換あるいは運搬しやすく
するためにをするために超小形自動作業装置１は着脱機
構を内蔵することで、汎用化・クリーン化に加え、高い
空間効率及び経済性を図るとともに、システム全体のフ
レキシブル化を図ることを可能にした。

【００３１】薄形クリーンロボット１０は、微小薄形部
品対応の超小形自動作業装置としての機能を達成するた
めに、図２に示すごとく、薄形化汎用化クリーン化を図
った片持ち支持形の一層構造のＸＹ軸直交形駆動機構１
３と、Ｚ・θ軸の各駆動機構とを備えたＸＹＺθ４軸ロ
ボットで構成した。なお、薄形クリーンロボット１０と
して、ＸＹＺθ４軸駆動のもので構成しているが、該駆
動軸数は作業内容に応じて増設することは可能である。
即ち、図２に示すように本薄形クリーンロボット１０
は、ブロック１１ａ上にＸ軸方向に摺動自在に支持され
たブロック１２ａに固定されたボールネジナット１１ｃ
に噛合うボールネジ軸１１と、ボール前記ブロック１２
ａに回転自在に支持されたボールスプラインナット１５
ｂに噛合うボールスプライン軸１２とを並設し、モータ
１１ｂを回転駆動することによってボールネジ軸１１を
回転させて、ブロック１１ａ上にＸ軸方向に摺動自在に
支持されたブロック１２ａについて１軸リニア駆動(Ｘ
軸)を達成させ、モータ１１ｂを回転駆動することによ
ってボールスプライン軸１２を回転させてブロック１２
ａ上に回転自在に支持されたボールスプラインナット１
５ｂを回転させて該ボールスプラインナット１５ｂに連
結されてブロック１２ａ上をＹ軸方向に摺動自在に支持
されたブロック１８ａについて１軸リニア駆動(Ｙ軸)を
達成させ、ボイスコイルモータ（図示せず）の直線運動
によりブロック１４ａについて１軸リニア駆動(Ｚ軸)を
達成させ、小形サーボモータ１４ｂによりＺ軸回りの１
軸回転駆動(θ軸)〔図示せず〕を達成させ、合わせて４
軸駆動を行わせるように構成している。なお、ブロック
１１ａ上に回転自在に設けられた回転プーリ１５ａには
スチールベルト１６が懸架され、ブロック１２ａのＸ軸
方向の移動と共に移動して密閉する構造を形成してい
る。またブロック１２ａ上に回転自在に設けられた回転
プーリ１５ｂにはスチールベルト１６が懸架され、ブロ
ック１８ｂのＹ軸方向の移動と共に移動して密閉する構
造を形成している。この薄形クリーンロボット１０の各
軸方向の変位量（ブロックのＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の変位
量）がレーザー測長システム７６で計測され、超小形制
御ユニット８０はレーザー測長システム７６で計測され
た各軸方向の変位量に基づいて統括制御用コントローラ
２００を介して各駆動モータ１２ｂ，１１ｂ，１４ｂ等
をフィードバック駆動制御して手先の高精度な位置決め
を実現するように構成している。

【００３２】そして各軸駆動部それぞれが連結し合った
完全箱形密封構造とし、各軸駆動部に密封シール１７を
配して駆動時内部で発生した塵埃が外部に漏れることの
ないようにしている。そして、真空吸引パイプ１８を通
して駆動機構内部にたまった塵埃を真空吸引する方式を
とるとともに、内蔵した電磁石１８ａを作動すること
で、電磁石１８ａの磁気吸引力を利用してガイドにかか
る自重を軽減し摩擦力を減らすことで発塵を低減する方
式をとることにより、クリーン化と汎用化を達成しなが
ら被組付け部品３に対する微小薄形部品２の位置決め組
付け作業、または被組付け部品３に対する微小薄形部品
２の溶接若しくは接着等の接合作業、または被組付け部
品３若しくは微小薄形部品２を局部的な曲げ等の加工作
業、または被組付け部品３若しくは微小薄形部品２の調
整作業、または被組付け部品３に対する微小薄形部品２
の位置決め組付けが完了しているか否かの検査作業等を
行うことができるように構成した。

【００３３】薄形クリーンロボット１０における位置決
めは、微小薄形部品２等に対応できるように高精度化が
必要である。そこで、薄形クリーンロボット１０は、図
３に示すように計測精度の高いレーザー測長システム７
６を採用し、３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の駆動部（駆動ブロッ
ク１２ａ，１８ａ等）に光学部品７１及び光学経路７２
を配し、レーザー測長システム７６は各Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の
移動量を高精度に計測すると共に統括制御用コントロー
ラ２００を介して超小形制御ユニット８０にフィードバ
ックして、超小形制御ユニット８０は駆動源である各軸
のモータの駆動分解能を高めように統括制御用コントロ
ーラ２００を介してフィ−ドバック駆動制御を行う方式
とする。即ち、位置決め用の計測信号の授受は光学経路
を利用した光通信システムにて行われる。

【００３４】薄形クリーンロボット１０は、図１に示す
ように手先にツール自動交換手段１９である片側端部１
９ａを備え、該片側端部１９ａともう一方の側の端部１
９ｂを備えた超小形作業ツール（あるいはハンド）２０
と組み合わせることでツール自動交換手段１９を構成し
ている。即ち、薄形クリーンロボット１０は、ツール自
動交換手段１９である片側端部１９ａをもう一方の側の
端部１９ｂに係合させることによって動力なしで超小形
作業ツール（あるいはハンド）２０を装着することがで
き、その結果薄形クリーンロボット１０は、装着された
超小形組立ツール（あるいはハンド）２０により微小薄
形部品２等をハンドリングして位置決めし、パレット自
動搬送ユニット（搬送手段）１８０よりパレット６０上
に位置決めされて搬送されてパレット供給口３１より挿
入されて位置決めされた被組付け部品３に対して組付け
を行うことができる。

【００３５】超小形作業ツール（あるいはハンド）２０
は、ツール受け２１に常時複数組ストックされている。
薄形クリーンロボット１０は、作業に応じた超小形ツー
ル（あるいはハンド）２０をツール受け２１から出し入
れすることで接続あるいは開放を行う。

【００３６】そしてパレット自動搬送ユニット（搬送手
段）１８０よりパレット６０上に位置決めされて搬送し
て流す被組付け部品３の種類（製品の種類）、並びに各
超小形自動作業装置１のパレット供給口３１より挿入さ
れる被組付け部品３の状態または種類は予め定められて
おり、統括制御用コントローラ２００は、このデータを
入力して記憶してある。従って、統括制御用コントロー
ラ２００は、各超小形自動作業装置１がどのような作業
をすればよいか記憶している。そこで、統括制御用コン
トローラ２００は、各超小形自動作業装置１の超小形制
御ユニット８０に指令を出すことによって、薄形クリー
ンロボット１０は、指令された作業に応じた超小形ツー
ル（あるいはハンド）２０をツール受け２１から選択し
て装着し、被組付け部品３に対して指令された作業内容
を行う。しかし、各超小形自動作業装置１は、パレット
自動搬送ユニット（搬送手段）１８０よりパレット６０
上に位置決めされて搬送して流す被組付け部品３の種類
（製品の種類）、並びに各超小形自動作業装置１のパレ
ット供給口３１より挿入される被組付け部品３の状態の
全てに対応できるように汎用性はなく、前記の如く、特
定の作業しか行うことができないように構成されてい
る。従って、パレット自動搬送ユニット（搬送手段）１
８０よりパレット６０上に位置決めされて搬送して流す
被組付け部品３の種類（製品の種類）に応じて、該搬送
経路に沿って並設する複数の超小形自動作業装置１の配
列順序、または特定の作業を行う超小形自動作業装置１
を特定の位置に設置してすることが必要となる。このよ
うに、多品種少量生産において、フレキシブル化が必要
となり、超小形自動作業装置１を架台に対して着脱自在
に構成して、搬送経路に沿って並設する複数の超小形自
動作業装置１の配列順序を変えたり、特定の作業を行う
超小形自動作業装置１を特定の位置に設置して編成変え
ができるようにした。

【００３７】ところで、各超小形自動作業装置１に設け
られた超小形ツール（あるいはハンド）２０は、超小形
化軽量化を図るため内部には作業に必要な最小限の駆動
源を持つのみとし、接続あるいは開放用の駆動源は持た
ない構造とした。このため、搭載あるいは開放にさいし
ては薄形クリーンロボット１０の押しつけ動作を利用
し、ツール自動交換手段１９ａ及び１９ｂの端部の接続
あるいは開放を行う方式とした。さらに作業に必要最小
限の駆動源としてエア駆動タイプのもの１組と電力駆動
タイプのもの３組を想定し配管配線を行っている。

【００３８】また、各超小形自動作業装置１内に設けら
れた薄形クリーンロボット１０は、図１のように高剛性
ボディ３０に組付いており、高剛性ボディ３０上で駆動
する。これにより、汎用マガジン５０から超小形ツール
（あるいはハンド）２０にてハンドリングした微小薄形
組立部品２を、パレット６０上に位置決めされた被組付
け部品３に位置決めした後組立を行う等の所定の作業を
行うものである。尚、各超小形自動作業装置１において
は、被組付け部品３を位置決めして搭載したパレット６
０が、高剛性ボディ３０側面に設けられたパレット供給
口３１よりパレット自動搬送ユニット１８０にて供給さ
れる。

【００３９】所定の組付けを行う超小形自動作業装置１
においては、高剛性ボディ３０前面にマガジン投入口５
１が設けられていて、汎用マガジン５０を外部から投入
し組立部品の供給を行える構造となっている。マガジン
投入口５１にはマガジン自動交換機能を有するマガジン
収納機構５２が設けられていて、組付けるべき微小薄形
組立部品２の納められた汎用マガジン５０を所定位置に
ローディング（又はアンローディング）する。

【００４０】各高剛性ボディ３０は、各超小形自動作業
装置１のフレームをなすもので、各超小形自動作業装置
１の構成部品全てを支持する働きをもつ。各高剛性ボデ
ィ３０には梁４１部（図示せず）を有する高剛性天井４
０が組付いていて、各高剛性ボディ３０と各高剛性天井
４０とで各超小形自動作業装置１の剛性を確保してい
る。

【００４１】各高剛性天井４０には梁４１を介して取っ
手４２が付いていて、取っ手４２を把持したまま本体を
持ち上げ移動することで各超小形自動作業装置１を運搬
することができる。このため、高剛性天井４０は運搬に
も耐えうる剛性とダウンフローを意識した通気性を有す
るハニカム構造をとっている。そして各超小形自動作業
装置１は高剛性ボディ３０と高剛性天井４０とで室を形
成するようにして、該室をクリーン化できるように、排
気手段またはクリーンな空気を供給する供給手段を接続
してもよい。なお、該室に供給手段によりクリーンな空
気を供給するようにすれば、各超小形自動作業装置１の
外側に存在する塵埃等が室内に入り込むことが無くな
り、クリーン化状態で、微小部品に対して所定の作業を
施すことができる。また、必要に応じて、室温を一定に
保持するために、温度制御装置を接続してもよいことは
明かである。

【００４２】各高剛性ボディ３０には、運搬が容易に行
えるように、ボディ運搬用ローラ３３が設けられてい
て、ボディ運搬用ローラ３３のころがりを利用して各超
小形自動作業装置１の運搬を行うことができるようにな
っている。ボディ運搬用ローラ３３にはサスペンション
３４（図示せず）が組み込まれており、運搬の際発生す
る振動を吸収軽減させ、各超小形自動作業装置１自体の
損傷を防ぐ構造となっている。

【００４３】又、運搬後の超小形自動作業装置１の所定
位置への位置決めを容易にするために底面あるいは背面
にボディ位置決め手段３５を３ヶ所に設けている。これ
により超小形自動作業装置１をシステム１００として構
築する際も、超小形自動作業装置収納ベース１１０上へ
の設置が容易となる。

【００４４】各ボディ位置決め手段３５（図示せず）と
して、高剛性ボディ３０側に設けた３ヶ所のテーパ穴部
に、収納ベース１１０側に設けた先端が半球面の位置決
めピンをそれぞれ押しつけることで位置出し固定する方
式をとることができる。位置決めピンには圧電素子が組
み込まれており、それ自体が高分解能の伸縮をおこなえ
る構造となっている。これにより高い位置決め性を確保
すると共に、分解能の高い圧電素子の伸縮による各超小
形自動作業装置１の高さ及び傾斜のレベル調整出しを自
動的に行うことができる。ボディ位置決め手段３５には
ダンパがもうけられていて、押しつけの際にボディ位置
決め手段３５に損傷のないように工夫している。

【００４５】各収納ベース１１０には、各超小形自動作
業装置１を容易に収納できるように超小形自動作業装置
のローディング機構１１１（図示せず）が内蔵されてい
て、このローディング機構１１１の動作により各超小形
自動作業装置１を所定位置まで移動して設置することが
できる。

【００４６】本発明に係る各超小形自動作業装置１は、
図１および図３に示す光通信システム７０を備えてお
り、随所にミラー・ハーフミラー・干渉計等の光学部品
７１を配し、装置の情報・ツール情報・ワーク情報等の
膨大な量の情報を空間内で処理する方式としている。こ
れにより情報処理系のワイヤレス化を図り、装置内の配
線作業を少なくして装置の調整をし易くしている。ま
た、光通信経路が空間上を伝搬する方式であることか
ら、各超小形自動作業装置１の着脱を容易にしている。
さらに、光通信システム７０は超小形ツール（あるいは
ハンド）２０先端にまで続いており、光通信システム７
０に使用している光学経路７２を利用して、先述した薄
形クリーンロボット１０内部の各軸位置決め用レーザー
光の他に、加工用・溶接用レーザー光やＵＶ接合用紫外
線光を導入する方式をとり、光学経路７２の共有化を図
っている。これにより、光学経路の無駄を省くことが出
来、小形軽量化に寄与することが出来る。即ち、加工若
しくは溶接等の接合を行う超小形自動作業装置１におい
ては、光学経路７２を利用して加工用・溶接用レーザー
光を導入して加工若しくは溶接等の接合作業を行うこと
ができる。

【００４７】図３は、本発明に係る微小部品対応の超小
形自動作業装置１及びシステム１００に用いた光通信シ
ステム７０を示す図である。即ち、各超小形自動作業装
置１（Ｎ＝１…ｎ）内の随所にミラー・ハーフミラー・
干渉計等の光学部品７１を配し、位置決め計測情報・装
置の情報・ツール情報・ワーク情報等の膨大な量の情報
を空間内で処理している。なかでも光学経路７２は先に
述べたレーザー測長システム７６から入射される薄型ク
リーンロボット１０内の位置決め計測用の光学経路であ
る。この光学経路７２は前述したように超小形ツール
（あるいはハンド）２０先端にまで続いているため、加
工用・溶接用・接合用等の光路としても共用できる。
又、装置の情報・ツール情報・ワーク情報等の膨大な量
の情報は、レーザー発振器７４より出力されるレーザー
光に変調器７５で変調をかけてディジタル信号に変換し
た状態で光学経路７３を通り各超小形自動作業装置１内
に送られる。複数（Ｎ＝１…ｎ）の超小形自動作業装置
１や各システム要素群を用意してシステムのハード１０
１を構築する場合、偏向器７７・レンズ７８により光路
偏向を行い、複数個の光路に分配してシステムのハード
１０１全てにデータが行き渡るようにしている。この場
合、統括制御用コントローラ２００による制御信号の授
受を行いながら相互の超小形自動作業装置群との連携を
図っている。統括制御用コントローラ２００は各超小形
自動作業装置１の超小形制御ユニット８０および薄型ク
リーンロボット１０との間で制御情報を光情報伝達手段
で送受し、多数の超小形自動作業装置１を統括制御して
いる。なお、複数（Ｎ＝１…ｎ）の超小形自動作業装置
１内の超小形制御装置８０やセンサ８１から送られる情
報データは光学経路７４を通り統括制御用コントローラ
２００に送られる。ここで、光学経路７３・光学経路７
４は一部光学経路７２と共有することとし、光学経路の
無駄を省いている。

【００４８】また各高剛性ボディ３０の底面あるいは背
面に設けられた超小形自動作業装置１内のエア配管系３
３・電力供給系３４（図示せず）等の端部であるエア及
び電力等の供給端子３５ａは（図示せず）、高剛性ボデ
ィ３０の収納ベース１１０ヘの設置の際、自動的に収納
ベース１１０側の供給端子３５ｂと接合出来るようにな
っている。

【００４９】各超小形制御ユニット８０は超小形自動作
業装置１後部と収納ベース１１０後部とに図１のように
設置されていて、超小形自動作業装置１全般の制御を行
うものである。信号の授受は光通信で行っている。単独
で制御を行うばかりでなく、システム１００として活用
可能なように統括制御用コントローラ２００との制御信
号の授受を行いながら相互の超小形自動作業装置群との
連携を図るとともに、超小形自動作業装置１自体の作業
の為のプログラムの授受も行っている。

【００５０】本発明の微小部品対応の自動製造システム
１００を図４を用い説明する。即ち、微小部品対応の自
動製造システム１００は、図４のように超小形自動作業
装置１を複数台用意して幾つかの組立作業、締結作業
（結合作業）、調整作業、検査作業等の作業が搬送経路
に沿って可能になるようにライン化して、システムとし
てまとめたものである。微小部品対応の超小形自動作業
装置１自体を超小形化軽量化したことで、運搬が楽にな
り容易にラインの切り替えが出来るとともに、卓上に自
動製造システムを構築することが出来るようになった。
このように自動製造システムを同一卓上防振台にて構築
することにより、各作業装置間のレベル調整作業も容易
になった。また、自動製造システム１００は、超小形自
動作業装置収納ベース１１０が高剛性で所定位置上で積
層可能な構造をとったことで、従来構築しえなかった超
小形自動作業装置群の上方空間上への高層構築を可能と
した。即ち、超小形自動作業装置収納ベース１１０ａ群
上に超小形自動作業装置収納ベース１１０ｂ群を設置し
て、微小部品対応の自動製造システム１００ａ上に微小
部品対応の自動製造システム１００ｂを構築できるよう
にした。

【００５１】図５は、微小部品対応の自動製造システム
１００を積み重ねて高層構築化したシステム構築図を示
したものである。これにより微小部品対応の自動製造シ
ステム１００内での作業スペースの効率はより高いもの
とすることができ、高精度組立作業、高精度締結作業
（結合作業）、高精度調整作業等を行う超小形自動作業
装置に必要不可欠な防振台の数量を削減することができ
るようになった。

【００５２】ワーク投入ユニット１７０はワーク（非組
立部品）２をパレット６０ごとパレット自動搬送ユニッ
ト１８０に投入する。この時ワーク（非組立部品）２は
パレット６０上に複数個位置決めされた状態で納められ
ている。

【００５３】パレット自動搬送ユニット１８０は、ワー
ク（非組立部品）２をパレット６０ごと自動製造システ
ム１００全域に渡って搬送する。この間に超小形自動作
業装置群を通りながら組立、締結、調整等の作業が行わ
れるため、自動製造システム１００全域を搬送した時は
微小薄形部品の作業が終了し、微小の完成品が出来上が
る。ワーク排出ユニット１９０は微小薄形部品の作業が
終了した後パレット自動搬送ユニット１８０から微小の
完成品をパレット６０ごと排出する。

【００５４】以上、製造システム要素はモジュール化さ
れ、統括制御用コントローラ２００は、これら全ての製
造システム要素（各種作業要素）から成る微小部品対応
の製造システム１００を統括制御する。

【００５５】図６は微小部品対応の超小形自動作業装置
１の自動切替を考慮した自動製造システム例の外観図で
ある。超小形自動作業装置１自体を把持しながら製造シ
ステムを構築するシステム構築用ロボット３００を付加
することで、自動製造システムをよりフレキシブル化を
することが可能となる。さらに、汎用マガジン５０を投
入する機構をもシステム構築用ロボット３００と兼用さ
せることで自動製造システム自体を簡易化している。更
に図６にあるように超小形自動作業装置自身を収納する
超小形自動作業装置収納手段４００を設けることとし
た。これにより、超小形自動作業装置収納手段４００に
常時複数の超小形自動作業装置１群あるいは製造システ
ム要素（各種作業要素）をストックしておくこととし、
自動製造システムの変更を必要とする場合逐一システム
構築用ロボット３００により超小形自動作業装置収納手
段４００から自動着脱することで、自動製造システムの
切替を自動化することとした。

【００５６】尚、本発明における自動製造システム１０
０は、システム情報伝達手段である光通信システム７０
を介して常時システム制御装置にてモニタリングする方
式として、自己診断をする機能も備えており、自己診断
の途中で故障を認識した場合にも超小形自動作業装置収
納手段４００より正常な超小形自動作業装置１群あるい
は作業システム要素（各種作業要素）との交換を行う自
己修復機能をも付加している。

【００５７】特に、所定の超小形自動作業装置において
被組付け部品３に対して微小部品２を組付ける組立作業
を行い、その後組立が行われた被組付け部品３を次の超
小形自動作業装置に送る際、微小部品を前提としている
ことから、動いてしまうとその後の作業を行うことがで
きなることが予想されるので、搬送しても組立の状態が
維持されるように組立作業として嵌合組付けや接着組付
け等のように機械的にある程度の締結または結合状態に
することが必要となる。

【００５８】以上説明したように、上記実施例によれ
ば、微小部品対応の自動作業装置として、汎用性の高い
薄形クリーンロボットを内蔵し、特に微小部品に有効な
作業領域と作業機能を確保した状態で、一人で運搬可能
なように、作業装置全体を、超小形軽量化及び高剛性化
してやることで、必要な汎用性を備え、微小部品に必要
なクリーンルームや真空チャンバ等の空間コストの高い
環境においても、無駄の少ない経済性の高いシステムを
構築することが可能となる。

【００５９】また、各自動作業装置全体が一人で運搬可
能な大きさと重量でありワンタッチで着脱容易な構造と
しているため、ラインとしてシステム化した時の構築が
容易となり、製品変更において装置が遊休化した場合に
も容易に装置自体を収納することが可能となる。

【００６０】また、微小部品対応において、製品変更に
おける製造システムのレイアウト変更が容易となる為、
システムの切替えに要する時間及び労働力の削減が可能
であり早期稼動に寄与できる。更に自動作業装置自身を
把持しながら製造システムを構築するシステム構築用ロ
ボットと組合せることで、微小部品に対応する製造シス
テムを、よりフレキシブル化をすることが可能となる。

【００６１】また、各微小部品対応の自動作業装置は、
積層を可能とする構造であるため、従来なかった空間上
への超小形自動作業装置群の上方への高層構築が可能と
なり、製造システム内での作業スペースの効率はより高
いものとすることができる。なお、各階層間は、被組付
け部品３をパレット６０に搭載した状態で持ち上げるか
持ち下げるかのリフタ手段を設ける必要がある。

【００６２】また、高精度作業を要する作業装置に必要
不可欠な防振台を削減できると共に、自動製造システム
全体を同一防振台上にて構築することが可能なため、相
互の自動作業装置間での振動による悪影響を防げると共
に、各作業装置間のレベル調整作業も容易に行うことが
できる。

【００６３】また、自動作業装置を超小形化したことに
より、これを単独あるいは複数箇所全体において容易に
密封することが可能となり、自動製造システムの一部あ
るいは全体を密封してより高いクリーン環境あるいは真
空環境等の特殊環境を作り出すことが可能であり、小ス
ペース間内での複雑な製造システムを低コストで構築す
ることが可能となる。

【００６４】また、自動作業装置内の信号伝達系に極力
光通信を用いワイヤレス化多重化を図ったことで、超小
形化した作業装置の調整作業を軽減できると共に、光通
信で用いた光導入経路を光（あるいはレーザ−光）を用
いた計測・加工・接合（レーザ−溶接，ＵＶ接合）等の
光導入経路と重複させたことにより、光学経路における
経費削減に加え装置の簡略化が図れる。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、微小部品（微小薄形部
品等）対応の自動製造装置として、作業ロボットを内蔵
した各自動作業装置を超小形軽量化及び高剛性化すると
共に着脱可能に構成したので、微小部品に必要なクリー
ンルームや真空チャンバ等の空間コストの高い環境にお
いても、無駄の少ない経済性の高いシステムを構築する
と共に微小部品対応の多品種少量生産に対応させてフレ
キシブル化をはかることが可能となる効果を奏する。

【００６６】また、本発明によれば、システム構築用ロ
ボットと組合せることで、微小部品対応の製造システム
の構築をはかることができ、多品種少量生産に対応させ
てフレキシブル化をはかることが可能となる効果を奏す
る。

【００６７】また、本発明によれば、微小部品対応の自
動作業装置の積層化を可能とし、作業スペース効率をよ
り高いものとすることができる効果を奏する。

【００６８】また、本発明によれば、高精度作業を要す
る作業装置に必要不可欠な防振台を削減できると共に、
自動製造システム全体を同一防振台上にて構築すること
が可能なため、相互の自動作業装置間での振動による悪
影響を防げると共に、各自動作業装置間のレベル調整作
業も容易に行うことができる効果を奏する。

【００６９】また、本発明によれば、自動作業装置を超
小形化したことにより、これを単独あるいは複数箇所全
体において容易に密封することが可能となり、自動製造
システムの一部あるいは全体を密封してより高いクリー
ン環境あるいは真空環境等の特殊環境を作り出すことが
可能であり、小スペース間内での複雑な製造システムを
低コストで構築することが可能となる効果を奏する。

【００７０】また、本発明によれば、自動作業装置内の
信号伝達系に極力光通信を用いワイヤレス化多重化を図
ったことで、超小形化した自動作業装置の調整作業を軽
減できると共に、光通信で用いた光導入経路を光（ある
いはレーザ−光）を用いた計測・加工・接合（レーザ−
溶接，ＵＶ接合）等の光導入経路と重複させたことによ
り、光学経路における経費削減に加え装置の簡略化が図
れる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る各超小形自動作業装置の一実施例
を示す概略構成外観図である。

【図２】本発明に係る各超小形自動作業装置内に設置さ
れた薄形クリ−ンロボットの一実施例を示す概略構成外
観図である。

【図３】本発明に係る各超小形自動作業装置に用いられ
る光通信システムの一実施例を示す説明図である。

【図４】本発明の微小部品対応の自動製造システムの全
体構成を示す構成図である。

【図５】本発明に係る超小形自動作業装置を積み重ねて
高層構築化した微小部品対応の自動製造システムの構築
図である。

【図６】本発明に係る各超小形自動作業装置を自動的に
切替可能にした微小部品対応の自動製造システムの概略
構成を示す外観図である。

【符号の説明】

１…超小形自動作業装置(1a … 1n) ２…微小薄形組立
部品３…被組付け部品１０…薄形クリーンロボット２０…超小形ツ−
ル(あるいはハンド) ３０…高剛性ボディ４０…高剛性天井５０…汎用マガジン６０パレット７０…光通信システム８０…超小形制御
ユニット１００…自動製造システム１１０…超小形自
動作業装置収納ベ−ス１７０…ワーク投入ユニット１８０…パレット
自動搬送ユニット１９０…ワーク排出ユニット２００…統括制御
用コントロ−ラ３００…超小形自動作業装置切替用ロボット（システム
構築用ロボット）４００…超小形自動作業装置収納手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−245108（ＪＰ，Ａ) 特開平４−41138（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23P 19/00 303 B23P 21/00 305 B23Q 41/00 B25H 1/20 G11B 5/127

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】搬送手段によって搬送される被組立物をク
リーン化された室内ユニットに導入し、該室内ユニットを少なくとも１つ設け、該室内ユニット
の１つに供給される微小部品と被組立物の相対的位置ず
れを計測手段で計測し、微小部品の組立作業、締結結合作業、調整作業、検査作
業を行う室内ユニットを有し、該室内ユニットは着脱可
能であり、各ユニットを統括する統括制御手段を有し、該統括制御
手段は、光情報によって該作業手段の位置及び作業内容
を認識し、各室内ユニットを制御し、該微小部品を前記室内ユニットから搬出することを特徴
とする微小部品の自動製造システム。
【請求項２】請求項１記載の微小部品の自動製造システ
ムにおいて、レーザを光情報媒体と作業用光とに分けて用い、光学伝達読み取り手段にミラー、ハーフミラー、干渉
計、ディテクタ等の光学部品を用い、光伝達が妨げられ
ない各室内ユニットの所定位置に該光学部品を配置し、
前記統括制御手段により出力される種々の制御情報を各
室内ユニットに導入導出し、また前記作業用光として、加工用、溶接用又はＵＶ接合
用紫外線光を導入する方式に用いることを特徴とする微
小部品の自動製造システム。