JP4775584B2 - ポジショナおよび複合カールコード - Google Patents

Description

本発明は、産業用ロボットを用いて溶接・切断等の加工をする際、加工対象物の載置方向を変え、加工を容易にするためのポジショナおよびこのポジショナに適用するのに好適な複合カールコードに関する。

従来のポジショナは図５のようになっている（例えば、特許文献１参照）。
図において、５１２は溶接物或いは治具５０１を固定回転させる導電性の回転テーブル、５０２は回転テーブル５１２の中心に圧入固定されている導電性の中空シャフト、５０３は中空シャフト５０２の他端に固定されているドーナツ円盤状の導電性リング、５０４はリング５０３に下方より接触しているカーボンブラシ、５０５はカーボンブラシ５０４に接続されているケーブルであり、溶接電流を外部溶接電源に送るためのものである。５０６は中空シャフト５０２に固定されている第１のプーリー、５０７はモータ５０８に接続されている第２のプーリー、５０９は第１のプーリー５０６と第２のプーリー５０７とを連動させるタイミングベルト、５１０は外装ケース、５１１はエアチューブあるいはケーブルである。

従来のポジショナは、モータ５０８によりベルト・プーリを介して中空シャフト５０２を駆動し、回転テーブル５１２を回転させている。このとき、テーブル上の治具５０１の駆動に使用するエアあるいは電源を供給するためのエアチューブやケーブルは、ポジショナ底部から中空シャフト内を通り、テーブル上に準備されていた。また、溶接電流は、回転テーブル５１２からカーボンブラシ５０４を介して外部に流れていた。
特許第３０１９０６８号公報

従来のポジショナでは、本体設置の際、エアチューブや信号ケーブルを長い中空シャフトに通す作業が発生した。そして作業後、配管および配線が中空シャフトに接触した状態で使用すると、配管および配線が損傷する恐れが高い。
そこで、テーブル上の治具等にエア供給や信号伝達を行うために、ロータリジョイントを適用することが考えられる。しかし、ロータリジョイントには寿命があるために、定期的なメンテナンスが必要であり、メンテナンス性の向上が大きな課題であった。
さらに、ロータリジョイントを適用しても、ロータリジョイント自体が特定の電気的インピーダンスを安定に保つことができないため、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔやＣＣ−Ｌｉｎｋ（商標登録）のようなフィールドネットワークを利用することは困難であった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本体設置の際にケーブル類を中空シャフトに通す作業を不要にするとともに、ロータリジョイントの脱着が容易でメンテナンス性に優れたポジショナを提供することを目的とする。さらには、ロータリジョイントを取外した場合または取付けた場合のそれぞれについて、回転テーブル上の治具等機器に対して通信装置を準備可能なポジショナを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載の発明は、フレームに取付けられた駆動手段と、前記駆動手段に取付けられた減速機と、前記減速機を介して駆動される中空シャフトと、前記中空シャフトの一端に回転中心が取付けられた回転テーブルと、前記中空シャフト内部に配線され、エアチューブ、ＩＯ信号・電源用ケーブルおよび通信用可動ケーブルを芯線がそれぞれ平行となるように互いに結束し、予め巻径が小さくなる方向に捻りを加えられ、コイル状に成形された複合カールコードと、を備えたものである。
また、請求項２記載の発明は、前記複合カールコードは、予め巻径が小さくなる方向に捻りを加えられ、巻数を増やした状態で取付けられたものである。
また、請求項３記載の発明は、フレームに取付けられた駆動手段と、前記駆動手段に取付けられた減速機と、前記減速機を介して駆動される中空シャフトと、前記中空シャフトの一端に取付けられた回転テーブルと、前記中空シャフトの他端に取付けられたロータリジョイントと、前記回転テーブルに固定された無線通信装置と、を備えたものである。
また、請求項４記載の発明は、前記無線通信装置は、前記回転テーブル裏面あるいは前記回転テーブル内部に固定されたものである。
また、請求項５記載の発明は、特性インピーダンスが安定に保たれた通信用可動ケーブルと、前記通信用可動ケーブルに対して芯線方向が平行となるように結束されたＩＯ信号・電源用ケーブルと、前記通信用可動ケーブルに対して芯線方向が平行となるように結束されたエアチューブと、からなり、予め巻径が小さくなる方向に捻りを加えられ、コイル状に成形されたものである。

また、請求項６記載の発明は、前記エアチューブ、前記ＩＯ信号・電源用ケーブルおよび前記通信用可動ケーブルの断面径のうち最も大きい断面径に対して、巻内径が２．５倍以下であるものである。

本発明によると、ロータリジョイントが中空シャフトの端部に設けられているので、容易に脱着でき、メンテナンス性に優れる。さらに、設置の際にケーブル類を中空シャフトに通す作業が不要となるため、設置作業性が向上する。
また、ロータリジョイントを取外し、エアチューブ、カールコードおよび特性インピーダンスが所定の仕様で安定に保たれたケーブルで構成された複合カールコードを備えているので、従来のエア供給およびＩＯ信号入出力に加えて、通信が可能である。さらに、設置の際にケーブル類を中空シャフトに通す作業が不要となるため、設置作業性が向上する。
また、前記カールコードは組み付けの際、予め巻径が小さくなる方向に捻りを加えられ、巻数を増やした状態で中空シャフト内に配線されているので、カールコードの巻径が大きくなる方向へ回転テーブルが回転する場合であっても、中空シャフト内径面に接触することなく、安定した状態で配線が可能となる。
また、ロータリジョイントを取付けた場合、回転テーブルに設けられた無線通信装置および治具等に対して、電源およびエアのみをロータリジョイントを介して供給するので、通信は無線通信装置により行うことができ、通信ケーブルが省略される結果、当該ケーブル断線の可能性が減少するので、信頼性が向上する。さらに、設置の際にケーブル類を中空シャフトに通す作業が不要となるため、設置作業性が向上する。
また、前記無線通信装置は回転テーブル裏面に、あるいは回転テーブル内に埋め込まれて設けられて、回転テーブル上の治具設置の障害となることはないので、回転テーブル上の領域を有効に使用することができる。

また、複数のエアチューブ、複数のＩＯ信号・電源用ケーブルおよび複数の特性インピーダンスが安定に保たれた通信用信用可動ケーブルを芯線がそれぞれ平行となるように結束し、コイル状に成形した複合カールコードであるため、可動機器に対してエア供給、ＩＯ信号・電源および通信の手段を１つの配線により提供できる。
また、前記ＩＯ信号・電源用ケーブルおよび前記通信用可動ケーブルの断面径のうち最も大きい断面径に対して、巻内径が２．５倍以下であるため、従来のコイルケーブルよりも省スペース性に優れる。

本発明の第１実施例を示すポジショナの側断面図 本発明の第２実施例を示すポジショナの側断面図 実施例２実施例で適用したカールコードの外観図 本発明の第３実施例を示すポジショナの側断面図 従来のポジショナ

符号の説明

１ エアチューブおよびケーブル
２ 中空シャフト
３ ロータリジョイント
４ ブラシ
６ 第１ギア
７ 第２ギア
８ モータ
１２ 回転テーブル
２０１ 複合カールコード
３０１ エアチューブ
３０２ ＩＯ信号・電源用ケーブル
３０３ ＤｅｖｉｃｅＮｅｔケーブル
４０１ コネクタ
４０２ 無線通信装置
４０３ 電源ケーブル
４０５ エアチューブ
５０１ 治具
５０２ 中空シャフト
５０３ 導電性リング
５０４ カーボンブラシ
５０５ ケーブル
５０６ 第１のプーリー
５０７ 第２のプーリー
５０８ モータ
５０９ タイミングベルト
５１０ 外装ケース
５１１ エアチューブあるいはケーブル
５１２ 回転テーブル

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施例を示すポジショナの側断面図である。図において、１２は溶接物或いは治具を固定する導電性の回転テーブル、２は回転テーブル１２の回転中心に固定され、図示しないフレームに軸支された中空シャフト、３は中空シャフト２の端部に固定されているロータリジョイントである。６は中空シャフト２に固定されている第１のギアで、図示しないフレームに固定されたモータ８に固定された第２のギア７とともに減速機を構成している。４は溶接電流を流すためのブラシであって、回転テーブル１２に対して図示しないスプリングによって常に接触し、ケーブルが接続されている。１はエアチューブおよびケーブルである。

本発明が特許文献１と異なる部分は、溶接電流を流すために、回転テーブル１２に対してスプリング（図示しない）により接触するように設けたブラシ４と、エア供給およびＩＯ信号入出力・電源供給のためのロータリジョイント３を備えた点である。

続いて動作について説明する。本発明のポジショナは、モータ８により減速機を介して中空シャフト２を駆動し、回転テーブル１２を回転させている。このとき、回転テーブル上の治具の駆動等に使用するエアやＩＯ信号入出力・電源は、ポジショナ側面のパネルから、ロータリジョイント３を介して準備される。
以上のように、本実施例によれば、本体設置の際にケーブル類をポジショナ側面のパネルに接続するだけで良く、中空シャフト２に通す作業が不要となる。また、ロータリジョイント３が中空シャフト２の端部に設けられているので、容易に脱着でき、メンテナンス性に優れる。

図２は第２実施例を示すポジショナの側断面図である。２０１は複合カールコードであり、一端がポジショナ側面のパネルに接続されるとともに、図示しないフレームに固定される。さらに、複合カールコード２０１は、中空シャフト２の内部を通って、回転テーブル１２上に配線される。その他の構成については図１と同様であるため、省略する。

本発明が特許文献１と異なる部分は、溶接電流を流すために、回転テーブル１２に対してスプリングにより接触するように設けたブラシ４と、エア供給、ＩＯ信号入出力・電源および通信のための複合カールコード２０１を備えた点である。

回転テーブル１２の回転動作については、実施例１と同様であるため、省略する。ここでは、複合カールコード２０１について以下に述べる。
図３は本発明の第２実施例において適用したカールコードを示す外観図である。図において、３０１はエアチューブで、素材はウレタンである。３０２はＩＯ信号・電源用ケーブルで、シースがフッ素樹脂製の可動用多芯ケーブルである。３０３はＤｅｖｉｃｅＮｅｔケーブルでケーブルの特性インピーダンスが所定の仕様で安定に保たれている。各ケーブルの断面径は約φ１０である。
本発明の複合カールコードは、チューブ３０１、ＩＯ信号・電源用多芯ケーブル３０２およびＤｅｖｉｃｅＮｅｔケーブル３０３を平行となるように接着し、コイル状に成形したものである。ここで、接着剤については、溶剤がシクロヘキサゴンとしている。

通常、カールコードの成形には、ケーブル断面径に対して、約３倍の巻内径が必要である。しかし、本実施例による複合カールコードは、約２．５倍となっているため、巻外径が中空シャフト２の内径φ６０よりも小さい約φ５０となっている。
また、本複合カールを中空シャフト２内に配線する際には、巻径が小さくなる方向に予め最大１／４回転分捻りを加え、巻数を増やした状態で取付ける。このように組付けることで、複合カールコード２０１の巻径が大きくなる方向へ回転テーブル１２が回転する場合であっても、中空シャフト内径面に接触することなく、安定した状態で配線が可能となる。
以上のように構成されているので、回転テーブルが回転した時に、複合カールケーブルは捻られるが、回転に対して柔軟に変形する。そのため、安定してエア供給、信号入出力、電源供給および通信をすることができる。

なお、上記エアチューブの材質は、ウレタンに限らず、ポリウレタン、ナイロン、塩化ビニル等任意で良い。
また、ＩＯ信号・電源用ケーブルのシース材質はフッ素樹脂製に限らず、ＰＣＶ、ウレタン、塩化ビニル等任意で良い。
また、上記ＤｅｖｉｃｅＮｅｔケーブルは通信方法に応じてＭＥＣＨＡＴＲＯＬＩＮＫ（商標登録）ケーブル、ＣＣ−Ｌｉｎｋ（商標登録）ケーブル、ＲＳ−２３２Ｃケーブル、ＧＰＩＢ等の可動通信ケーブルとしても良く、シース材質はＰＣＶ、ウレタン、塩化ビニル等任意で良い。
さらには、上記カールコードの配列順序は、任意で良い。

以上のように、本実施例によれば、本体設置の際にケーブル類をポジショナ側面のパネルに接続するだけで良く、中空シャフト２に通す作業が不要となる。また、ロータリジョイント３を取外し、エアチューブ３０１、ＩＯ信号・電源用ケーブル３０２およびＤｅｖｉｃｅＮｅｔケーブル３０３で構成された複合カールコードを備えているので、従来のエア供給およびＩＯ信号入出力に加えて、通信が可能である。
また、前記カールコードは組み付けの際、予め巻径が小さくなる方向に捻りを加えられ、巻数を増やした状態で中空シャフト内に配線されているので、カールコードの巻径が大きくなる方向へ回転テーブルが回転する場合であっても、中空シャフト内径面に接触することなく、安定した状態で配線が可能となる。

図４は第３実施例を示すポジショナの側断面図である。４０３はロータリジョイントを介して配線された電源ケーブルである。図において、４０２は電源ケーブル４０３に接続された無線通信装置であり、回転テーブル１２からは絶縁された状態でその裏面に固定されるとともに、コネクタ４０１を備えている。その他については図１と同様であるため、省略する。

本発明が特許文献１と異なる部分は、溶接電流を流すために、回転テーブル１２に対してスプリングにより接触するように設けたブラシ４と、エア供給、電源供給のためのロータリジョイント３と、これを介して供給される電源を使用した無線通信装置４０２を備えた点である。

回転テーブル１２の回転動作については、実施例１と同様であるため、省略する。
図４において、無線通信装置４０２は電源のみがロータリジョイント３を介して供給され、外部機器と無線通信を行う。回転テーブル上の治具等の機器とは、コネクタ４０１を介して接続する。
本実施例において、無線通信装置は回転テーブル１２の裏面に設けられているので、治具等の障害になることはない。無線通信装置が有指向性であれば、ある特定の回転位置でしか通信ができないという制約があるが、無指向性であれば、任意の回転位置で通信できる。
なお、無線通信装置４０２は電波、赤外線あるいは光等を利用したものであって、任意の通信装置で良い。
また、無線通信装置４０２の配置場所は無線通信を妨げる場所でない限り、任意で良く、回転テーブル１２内に埋め込んでも良い。コネクタについては、無線通信装置と一体である必要は無く、治具等機器の設置の妨げにならない位置に設けるのが望ましい。
また、治具等の機器との通信については、任意で良いが、ディージーチェーン接続のシリアル通信が望ましい。

以上のように、本実施例によれば、本体設置の際にケーブル類をポジショナ側面のパネルに接続するだけで良く、中空シャフト２に通す作業が不要となるため、設置作業性が向上する。また、回転テーブル１２に設けられた無線通信装置４０２および治具等に対して、パネルから電源およびエアのみをロータリジョイント３を介して供給するので、通信は無線通信装置４０２により行うことができる。
また、前記無線通信装置４０２は回転テーブル１２内に埋め込まれているため、回転テーブル１２上に設置された治具等機器の障害とならずに、回転テーブル上の領域を有効に活用できる。

本発明における複合カールコードはポジショナに限らず、ロボットや可動ステージ等可動部に対してエア供給、ＩＯ信号入出力および通信装置を必要とする装置全般に適用することできる。

Claims (6)

1. フレームに取付けられた駆動手段と、
   前記駆動手段に取付けられた減速機と、
   前記減速機を介して駆動される中空シャフトと、
   前記中空シャフトの一端に回転中心が取付けられた回転テーブルと、
   前記中空シャフト内部に配線され、エアチューブ、ＩＯ信号・電源用ケーブルおよび通信用可動ケーブルを芯線がそれぞれ平行となるように互いに結束し、予め巻径が小さくなる方向に捻りを加えられ、コイル状に成形された複合カールコードと、を備えたことを特徴とするポジショナ。
2. 前記複合カールコードは、
   予め巻径が小さくなる方向に捻りを加えられ、
   巻数を増やした状態で取付けられたことを特徴とする請求項１に記載のポジショナ。
3. フレームに取付けられた駆動手段と、
   前記駆動手段に取付けられた減速機と、
   前記減速機を介して駆動される中空シャフトと、
   前記中空シャフトの一端に取付けられた回転テーブルと、
   前記中空シャフトの他端に取付けられたロータリジョイントと、
   前記回転テーブルに固定された無線通信装置と、を備えたことを特徴とするポジショナ。
4. 前記無線通信装置は、
   前記回転テーブル裏面あるいは前記回転テーブル内部に固定されたことを特徴とする請求項３に記載のポジショナ。
5. 特性インピーダンスが安定に保たれた通信用可動ケーブルと、
   前記通信用可動ケーブルに対して芯線方向が平行となるように結束されたＩＯ信号・電源用ケーブルと、
   前記通信用可動ケーブルに対して芯線方向が平行となるように結束されたエアチューブと、
   からなり、予め巻径が小さくなる方向に捻りを加えられ、コイル状に成形されたことを特徴とする複合カールコード。
6. 前記エアチューブ、前記ＩＯ信号・電源用ケーブルおよび前記通信用可動ケーブルの断面径のうち最も大きい断面径に対して、巻内径が２．５倍以下であることを特徴とする請求項５に記載の複合カールコード。

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