JP5719559B2 - 洗浄装置およびこれに用いる治具 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク、たとえば機械加工部品や機械加工製品（金属製、樹脂製等）など、の表面に付着する金属屑片や樹脂屑片、ガラス粉、有機性油脂分等の残留付着物（以下、残留異物ともいう）を、洗浄ノズルから流体を噴射して洗い流すための洗浄装置およびこれに用いる治具に関し、特に、ワークを姿勢制御してワークを各面から洗浄する洗浄装置およびこれに用いる治具に関する。

このような先行技術として、たとえば特許文献１のように、ワークＷを支持するテ−ブル３０が駆動用モータ３０ｅを支点として、水平軸を中心に垂直方向に９０度傾斜することができ、これによりワ−クＷの洗浄面を多関節形ロボットの正面に向け、多関節形ロボットに設けられた洗浄ノズルがワ−クの各面を洗浄する構成とする洗浄装置が開示されている。

一方、特許文献２のように、洗浄室８０と、流体をワーク３０に噴射するノズル７１・７２と、ワーク３０を姿勢制御自在に載置するテーブル５と、テーブル５とは垂直の仮想軸に対する傾斜角度を持ってテーブル５に植設されたテーブル旋回軸５０と、テーブル旋回軸５０を回転自在に軸支する支持具４と、前記テーブル旋回軸５０に対する傾斜角度を持って配され前記支持具４を 回転自在に軸支するシャフト４０とを備えた洗浄装置が開示されている。このようにワークを載置するテーブルが傾斜したシャフトにより回転可能に配されているため、テーブルの回転によりワークの姿勢を制御することができる。

特開平１１−１０４５７８号公報（００２２、００２３、図４参照） 特開２００４−１４１８１１号公報（００３０、００３１、図４、図５参照）

しかしながら、特許文献１では、テーブルの端部を中心にワークが回転するため、ワークの姿勢制御がワーク中心より大きく偏心する必要があり、大きなスペースを必要とする。さらに、ワークを姿勢制御して各表面を洗浄する場合、洗浄ノズルの移動距離（ストローク）も大きくなり（図６（ａ）中のＳ１参照）、装置全体がより大きくなる。また、洗浄ノズルの移動距離が大きいと洗浄にも時間を要し非効率的である。

一方、特許文献２では、テーブルが傾斜したシャフトによって支持されているため、テーブルに載置したワークも傾斜したシャフトで支持されることとなる。そのため、重量の大きいワークを洗浄する際など、シャフトに撓みが生じるおそれがある。また、このような洗浄装置は通常ＮＣ制御された洗浄ノズルにより精密にワークを洗浄するものが多く、洗浄ノズルをミリ単位で制御するとき、シャフトに微少な撓みが生じると正確な洗浄が行えず一定の洗浄効果を得られないおそれがある。

本発明は上述の課題に鑑みてなされたもので、
（１）ワーク自体の姿勢制御範囲を小さくして効率のよい洗浄を行うことができ、
（２）ワークを載置する支持台（テーブル）を、これに垂直に配したシャフトによって堅牢に支持し、ワーク重量による撓み等の誤差を抑制して正確な洗浄を行える、
洗浄装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る洗浄装置は、ワークを、洗浄ノズルから噴射した洗浄流体により洗浄するための洗浄装置であって、前記洗浄流体を噴射する洗浄ノズルと、上下方向に伸びたシャフトに支持される回転可能な基台と、外枠と、前記基台と接続するための接続台と、前記ワークを支持するための支持台と、前記接続台と前記支持台との間に配するリンク機構とを有し、前記基台に載置でき、前記ワークを支持した状態で、前記ワークの略中心を回転中心として前記ワークの姿勢制御可能な治具と、を備え、前記リンク機構が、前記接続台または前記外枠に回転可能に一端がジョイントされ、他端が前記支持台に回転可能にジョイントされたリンクと、前記接続台または前記外枠に回転可能に一端がジョイントされ、他端が前記リンクに回転可能にジョイントされた伸縮装置と、前記外枠に設けたガイド溝を摺動可能な前記支持台に固設された摺動部材と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、ワークの略中心を回転中心に姿勢制御できる。その結果、ワーク各面を洗浄する際、洗浄ノズルの移動距離（ストローク）を抑えることができるため、洗浄を効率よく行うことができる（図６（ｂ）中のＳ２参照）。また、ワークおよび治具を、上下方向に伸びたシャフトに支持される基台に載置する構成であるため、重量の大きいワークを洗浄する場合にも、しっかりとワークおよび治具を支えることができる。

ここで、「洗浄流体」とは、水等の液体や空気等の気体をいう。たとえば気中洗浄の場合、洗浄流体には液体を用いる。液中洗浄の場合は液体または気体を用いる。さらに、「洗浄ノズル」に２流体ノズルを用いて、液体と気体の双方を噴射することとしてもよい。２流体ノズルとは、同心円状に異なる流体を噴射可能であり、洗浄ノズルの中心部から洗浄液体を、その周囲からエアを噴射することができるノズルである。これにより、とくに液中洗浄において、洗浄液体のみを洗浄ノズルから噴射する場合と比較して、より確実にワークの内部まで、たとえば穴の奥まで、洗浄流体が届き洗浄効果が高まる。なお、「基台」には、矩形のものや円形のもの、矩形枠状や円形枠状のものなど、種々の形状のものを用いることができる。

この構成によれば、伸縮装置が伸びる方向にスライドしてリンクを押すことによって、リンクが接続台とのジョイント部を支点として起き上がり、それと同時に支持台も起き上がる。それと同時に、支持台が、リンクと支持台とのジョイント部を支点に回転しつつ、支持台に固設された摺動部材がガイド溝を摺動して、通常時接続台と平行に配置された支持台が回転して基台と垂直な状態まで傾斜した状態となる。このとき、支持台が起き上がると同時に傾斜しつつ回転するため、ワークはワーク略中心を回転中心として回転し、ワークの姿勢が９０度傾斜する。逆に、伸縮装置が縮む方向にスライドすると、ワークはワーク略中心を回転中心として回転し、ワークの姿勢が９０度傾斜した状態から通常状態に戻る。

これにより、ワークの略中心を回転中心として姿勢制御されるため、ワークの姿勢制御を省スペースで行うことができる。

ここで、「伸縮装置」として、たとえばシリンダやモータを用いることができる。

また、この洗浄装置は、前記リンク機構が２つ配され、前記伸縮装置は前記接続台または前記外枠に回転可能に一端がジョイントされ、他端が２つの前記リンクを繋ぐジョイント部材に回転可能にジョイントされていてもよい。

この構成によれば、治具に前記リンク機構が２つ配されているため、剛性が高まる。ここで、「ジョイント部材」とは２つの前記リンクを平行に繋ぐ棒状部材等をいう。

また、この洗浄装置は、前記支持台に、前記ワークの前記支持台側の面の一部または全部を露出するための切り欠きが設けられていることが好ましい。

この構成によれば、洗浄ノズルによって、支持台側からも洗浄することができる。

また、この洗浄装置は、前記支持台と前記接続台とが平行に位置した状態において前記支持台を補助するための第１補助支持部材と、前記支持台と前記接続台とが垂直に位置した状態において前記支持台を補助するための第２補助支持部材とを備えている。また、これら補助支持部材は、位置（高さ）調整可能に構成することが好ましい。

この構成によれば、各補助支持部材によって、支持台が接続台と平行および垂直の各状態において、支持台がしっかりと保持できる。したがって、洗浄ノズルから洗浄流体が高圧噴射された場合にも、支持台およびワークの位置がずれにくい。

また、この洗浄装置は、前記支持台に、前記ワークを保持するためのクランプが設けられている。

この構成によれば、ワークを支持台に保持するとき、クランプがワークの支持を補助し、よりしっかりと保持でき、ワークの位置ずれがより生じにくい。

本発明に係る洗浄装置に用いる治具は、洗浄流体を噴射する洗浄ノズルと、上下方向に伸びたシャフトに支持される回転可能な基台とを有し、ワークを洗浄ノズルから噴射した洗浄流体により洗浄するための洗浄装置における治具であって、外枠と、前記基台と接続するための接続台と、前記ワークを支持するための支持台と、前記接続台と前記支持台との間に配するリンク機構とを備え、前記リンク機構が、前記接続台または前記外枠に回転可能に一端がジョイントされ、他端が前記支持台に回転可能にジョイントされたリンクと、前記接続台または前記外枠に回転可能に一端がジョイントされ、他端が前記リンクに回転可能にジョイントされた伸縮装置と、前記外枠に設けたガイド溝を摺動可能な前記支持台に固設された摺動部材とを有し、前記ワークを支持した状態で、前記ワークの略中心を回転中心として前記ワークの姿勢制御が可能である。

また、この治具は、前記リンク機構が２つ配され、前記伸縮装置は、前記接続台または前記外枠に回転可能に一端がジョイントされ、他端が２つの前記リンクを繋ぐジョイント部材に回転可能にジョイントされてもよい。

以上のように、本発明に係る洗浄装置およびこれに用いる治具によれば、ワーク略中心を回転中心としてワークを姿勢制御できるため、洗浄ノズルのストロークも短くでき、省スペースで効率的・効果的にワークを洗浄できる。また、ワークおよび治具が、上下方向に伸延するシャフトに接続された基台によりしっかりと支持されているため、洗浄時のワークの位置ずれが生じにくい。

本発明の一実施形態に係る洗浄装置の模式図であって、ワークを載置した状態の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る洗浄装置の模式図であって、ワークの姿勢を９０度傾けた状態の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る洗浄装置の治具を２基配置した全体図である。 本発明の一実施形態に係る洗浄装置におけるワークを載置した状態の側面図であって、（ａ）は載置した当初状態、（ｂ）は（ａ）から水平方向に１８０度回転した状態、（ｃ）は（ａ）から姿勢を９０度傾けた状態、（ｄ）は（ｃ）から水平方向に１８０度回転した状態である。 （ａ）は、本発明の一実施形態に係る洗浄装置におけるワークを載置した状態の上面図である。（ｂ）は、ワークＷの寸法を示す説明図である。 従来の洗浄装置の治具と、本発明の洗浄装置の治具との洗浄ノズルのストロークを対比した図であって、（ａ−１）は従来の側面図、（ａ−２）は従来の上面図、（ｂ−１）は本発明の側面図、（ｂ−２）は本発明の上面図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づき説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

１．[実施形態１]
（洗浄装置および治具の構成）
図１〜図３に示すように、実施形態１に係る洗浄装置１は、治具２を配置してワークＷを洗浄するための洗浄室１ａを有する。洗浄室１ａには、基台１０が２基配され、基台１０はその下部で洗浄装置１の内部に設けた回転機構１１によって、基台１０は水平回転（自転）する。なお、本実施形態において回転機構１１はモータを動力とする。そして、ワークＷを保持した状態の治具２を、基台１０に載置し、洗浄室１ａの蓋を閉めワークＷを洗浄する。

治具２は、外枠３と、基台１０と接続可能な接続台４と、ワークＷを保持するための支持台５と、リンク機構とを備える。

基台１０と接続台４との接続は、基台１０と接続台４に設けられた係合凹部（図示せず）と係合凸部（図示せず）を係合させることで行うため、これらをしっかりと接続できる。

リンク機構は、外枠３にピン６ｂにより一端が回転可能にジョイントされた２つのリンク６ａと、接続台４にヒンジ８ｂにより回転可能にジョイントされた、ロッド８ａを備えた２つのエアシリンダ８とを有する。ロッド８ａは、２つのリンク６ａどうしを繋ぎ固定されたジョイント部材７に、ロッド８ａ先端に設けた接続部８ｃで、回転可能にジョイントされる。エアシリンダ８によってロッド８ａが伸縮して、ジョイント部材７を介し、リンク６ａを押し引きする。これにより、リンク６ａがピン６ｂを中心に回転する。

リンク６ａの他端は、支持台５に固設された接続部５ｃに回転可能にピン結合される。また、支持台５に固設された摺動部５ｄには、外枠３に斜めに傾斜して設けられたガイド溝３ａに嵌合する嵌合部が設けられている。嵌合部がガイド溝３ａに嵌合された状態で、摺動部５ｄがガイド溝３ａを摺動する。なお、嵌合部に円筒状の部材を用い、ガイド溝３ａの幅寸法よりも径を僅かに小さくして適当な隙間を確保することで、スムーズな摺動を行える。また、本実施形態においては摺動抵抗を小さくするため、嵌合部に回転自在のローラを用いている。

支持台５の中央には切り欠き５ａが設けられており、切り欠き５ａの周りにはワークＷを載置する４つの保持部５ｂが設けられ、保持部５ｂにワークＷを取り付ける。なお、ワークＷには、あらかじめ治具２に取り付けるための取付孔（図示せず）が設けられ、保持部５ｂに設けた係合片（図示せず）をワークＷの取付孔に差し込み、ワークＷを保持部５ｂに取り付ける。そして、ワークＷを取り付けた後、２つのクランプ９によってワークＷをしっかりと保持する。

洗浄ノズル１２は、ＮＣ制御されてＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動可能に、洗浄装置１の治具２が配されるべき位置の後方に１つずつ配されている。洗浄ノズル１２は洗浄装置１のポンプ（図示せず）に接続され、ポンプから供給された洗浄液が先端から噴射され、ワークＷの後方からワークＷを洗浄する。なお、洗浄ノズル１２には２流体ノズルを用いることもでき、たとえば中心に洗浄液用の噴射口を備え、その周囲にエアを噴射する噴射口を備える構成などとしてもよい。

（洗浄装置および治具の動作）
次に、治具２の動作について説明する。
エアシリンダ８のロッド８ａが伸びることで、ジョイント部材７を介しリンク６ａが押され、リンク６ａがピン６ｂを中心に上方に回転して、支持台５も上方に起き上がる。このとき、摺動部５ｄはガイド溝３ａを斜め上方に摺動して、支持台５は接続部５ｃのピン６ｃを中心に下方に徐々に倒れる。そして、当初接続台４と平行な状態の支持台５が、接続台４と垂直な状態に至る。

２．[実施形態２]
（洗浄装置および治具の構成）
図４，５に示すように、実施形態２に係る洗浄装置１’および治具２’は、実施形態１に係る洗浄装置１および治具２に、支持台５を補助する補助支持部材を設けた構成である。なお、実施形態１と共通する部分には同一の符号を付す。図４，５においては、ワークＷの保持を補助するクランプ９を省略している。

治具２’と治具２との相違点は次の通りである。
治具２’には、支持台５を補助するための補助支持部材３ｂ・３ｃを設けている。補助支持部材３ｂは接続台４と支持台５とが平行に位置する時に、支持台５を補助支持するためのもので、補助支持部材３ｃは接続台４と支持台５とが垂直に位置する時に、支持台５を補助支持するためのものである。

これに加え、摺動部５ｄが摺動するガイド溝３ａの始端と終端にも補助支持部材３ｄと３ｅをそれぞれ配し、摺動部５ｄを介して支持台５を補助する。また、これら補助支持部材３ｄ、３ｅは、摺動部５ｄがガイド溝３ａを摺動する際のストッパの役割をし、ガイド溝３ａにかかる負荷も補助する。

なお、補助支持部材３ｂ〜３ｅは、ボルトによって位置（高さ）調整可能となっており、支持台５の位置決めの役割も担う。また、これら補助支持部材３ｂ〜３ｅは、支持台５にそれぞれ左右一対で配置しているため、支持台５が接続台４と平行および垂直の場合に、それぞれ支持台５を４点支持するため、支持台５を安定して支持できる。このようにすれば、たとえばエアシリンダ８のストローク等に遊びを設けた場合にも、バックラッシュを抑制し、支持台５の安定支持を実現できる。

これら補助支持部材３ｂ〜３ｅにより、ワークＷの重量が大きい場合や、ワークＷに高圧の洗浄液が噴射された場合にも、支持台５がワークＷをしっかりと保持し、ずれを抑制することができ、精密な洗浄が可能となる。なお、その他の構成については、実施形態１の洗浄装置１および治具２と同様の構成である。

（洗浄装置および治具の動作）
続き、治具２’の動作について説明する。
エアシリンダ８のロッド８ａが伸びることで、ジョイント部材７を介しリンク６ａが押され、リンク６ａがピン６ｂを中心に上方に回転して、支持台５も上方に起き上がる。このとき、摺動部５ｄはガイド溝３ａを斜め上方に摺動して、支持台５は接続部５ｃのピン６ｃを中心に下方に徐々に倒れる。そして、当初接続台４と平行な状態の支持台５が、接続台４と垂直な状態に至る。

３．[洗浄方法]
次に、図４，５を用いて、ワークＷの洗浄について説明する。
図４（ａ）に示すように、まず操作者は、ワークＷを支持台５に取付ける。そしてこの状態で洗浄ノズル１２から洗浄液を噴射しワークＷ一側面を洗浄する。このとき洗浄ノズル１２をＮＣ制御し、洗浄ノズル１２をＸ方向、Ｙ方向に移動してワークＷの一側面全体を洗浄する。なお、洗浄ノズル１２のストロークは、Ｘ方向がワークＷの幅寸法ｗ１、Ｙ方向がワークＷの高さ寸法ｈ分あればよい。

そして、図４（ａ）の状態から、基台１０を回転機構１１によって回転させ、支持台５を水平回転させながら、洗浄ノズル１２によってワークＷの側面を洗浄する。なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）の状態から１８０度水平回転した状態の図である。その後、ワークＷを図４（ａ）に示す当初状態まで基台１０を回転させる。このとき、基台１０の回転速度を低速としたり、基台１０を複数回、回転させることで、ワークＷをしっかりと洗浄するようにしてもよい。

図４（ａ）の状態に戻した後、続き、ワークＷの上下面を洗浄する工程に移る。
エアシリンダ８のロッド８ａを伸ばし、ジョイント部材７を介してリンク６ａを押し込み、支持台５とともにワークＷを９０度縦回転（姿勢制御）し、図４（ｃ）の状態とする。この状態で、洗浄ノズル１２をＸ方向、Ｙ方向にＮＣ制御しながら、洗浄液をワークＷに噴射する。さらに、洗浄ノズル１２とワークＷとの距離が長い場合は、洗浄ノズル１２をＺ方向に移動させ、洗浄ノズル１２とワークＷとの距離を短くしてもよい。また、洗浄ノズル１２のストロークは、Ｘ方向がｗ１、Ｙ方向がｗ２、Ｚ方向が（ｗ２−ｈ）／２分あればよい。なお、洗浄ノズル１２とワークＷとの間に支持台５があるが、支持台５の中央にはワークＷの下面が全て露出可能な切り欠き５ａがあるため、洗浄液は切り欠き５ａを通過してワークＷの下面を洗浄できる。

そして、図４（ｃ）の状態から、基台１０を回転機構１１によって１８０度回転させ、ワークＷの上面を洗浄ノズル１２側に向け、図４（ｄ）の状態とする。これで、ワークＷの上面を洗浄ノズル１２によって洗浄できる。

以上の工程でワークＷの全面が洗浄される。最後に、ワークＷを図４（ａ）の位置に戻して、操作者がワークＷを支持台５から取り外し、洗浄が完了する。

叙述のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。たとえば、エアシリンダ８に代えてオイルシリンダやモータ駆動のものとすることも可能であるし、洗浄装置１は治具２を２基配置する構成としているが、１基やその他複数を配置する構成とすることも可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１ 洗浄装置
１ａ 洗浄室
２ 治具
３ 外枠
３ａ ガイド溝
３ｂ 補助支持部材
３ｃ 補助支持部材
３ｄ 補助支持部材
３ｅ 補助支持部材
４ 接続台
５ 支持台
５ａ 切り欠き
５ｂ 保持部
５ｃ 接続部
５ｄ 摺動部
６ａ リンク
６ｂ ピン（ジョイント部）
６ｃ ピン（ジョイント部）
７ ジョイント部材
８ エアシリンダ
８ａ ロッド
８ｂ ヒンジ
８ｃ 接続部
９ クランプ
１０ 基台
１１ 回転機構
１２ 洗浄ノズル
１０２ 治具（従来）
１０５ 支持台（従来）
Ｗ ワーク
ｗ１ 幅寸法
ｗ２ 幅寸法
ｈ 高さ寸法
Ｓ１，Ｓ２ ストローク

Claims (7)

1. ワークを、洗浄ノズルから噴射した洗浄流体により洗浄するための洗浄装置であって、
   前記洗浄流体を噴射する洗浄ノズルと、
   上下方向に伸びたシャフトに支持される回転可能な基台と、
   外枠と、前記基台と接続するための接続台と、前記ワークを支持するための支持台と、前記接続台と前記支持台との間に配するリンク機構とを有し、前記基台に載置でき、前記ワークを支持した状態で、前記ワークの略中心を回転中心として前記ワークの姿勢制御可能な治具と、を備え、
   前記リンク機構が、前記接続台または前記外枠に回転可能に一端がジョイントされ、他端が前記支持台に回転可能にジョイントされたリンクと、前記接続台または前記外枠に回転可能に一端がジョイントされ、他端が前記リンクに回転可能にジョイントされた伸縮装置と、前記外枠に設けたガイド溝を摺動可能な前記支持台に固設された摺動部材と、を有することを特徴とする洗浄装置。
2. 前記リンク機構が２つ配され、
   前記伸縮装置は、前記接続台または前記外枠に回転可能に一端がジョイントされ、他端が２つの前記リンクを繋ぐジョイント部材に回転可能にジョイントされることを特徴とする請求項１記載の洗浄装置。
3. 前記支持台に、前記ワークの前記支持台側の面の一部または全部を露出するための切り欠きが設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載の洗浄装置。
4. 前記支持台と前記接続台とが平行に位置した状態において、前記支持台を補助するための第１補助支持部材と、
   前記支持台と前記接続台とが垂直に位置した状態において、前記支持台を補助するための第２補助支持部材とを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の洗浄装置。
5. 前記支持台に、前記ワークを保持するためのクランプが設けられたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の洗浄装置。
6. 洗浄流体を噴射する洗浄ノズルと、上下方向に伸びたシャフトに支持される回転可能な基台とを有し、ワークを洗浄ノズルから噴射した洗浄流体により洗浄するための洗浄装置における治具であって、
   外枠と、前記基台と接続するための接続台と、前記ワークを支持するための支持台と、前記接続台と前記支持台との間に配するリンク機構とを備え、
   前記リンク機構が、
   前記接続台または前記外枠に回転可能に一端がジョイントされ、他端が前記支持台に回転可能にジョイントされたリンクと、
   前記接続台または前記外枠に回転可能に一端がジョイントされ、他端が前記リンクに回転可能にジョイントされた伸縮装置と、
   前記外枠に設けたガイド溝を摺動可能な前記支持台に固設された摺動部材とを有し、
   前記ワークを支持した状態で、前記ワークの略中心を回転中心として前記ワークの姿勢制御が可能であることを特徴とする治具。
7. 前記リンク機構が２つ配され、
   前記伸縮装置は、前記接続台または前記外枠に回転可能に一端がジョイントされ、他端が２つの前記リンクを繋ぐジョイント部材に回転可能にジョイントされることを特徴とする請求項６記載の治具。

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