JP6655297B2 - 加工設備及び加工設備の製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、加工設備及び加工設備の製造方法に関する。

ブラスト加工装置の機械精度はミリメートル単位で１００分台、すなわち０．０１ｍｍのオーダである。また、機械加工を行う工作機械に至ってはミリメートル単位で１０００分台から１００００分台、すなわち０．００１ｍｍから０．０００１ｍｍのオーダの機械精度が要求される。これに対して、建築物を建設する場合における建築上の公差はメートル単位で１０００分台であり、標準的な公差は０．００６ｍ（６ｍｍ）である。

従って、工場内にブラスト加工装置や工作機械等の加工設備を据付ける場合には、従来、６ｍｍの公差で建物を建設した後、１００分台よりも細かい精度で加工設備が据付けられる。すなわち、粗い公差で建設された工場又は建屋内に、細かい精度で加工設備が据付けられる（例えば特許文献１参照）。例えば、ブラスト加工装置であれば、ブラスト加工の対象となるワークと、ブラスト材料の噴射位置との間における相対位置を決める位置決め機構が、工場内に据付けられた柱やレールに沿って移動できるように構成される（例えば特許文献２参照）。

特開２０１２−２５６２０５号公報 特開２０１３−２１５８２６号公報

本発明は、より短い施工期間で加工設備を建屋内に据付けられるようにすることを目的とする。

本発明の実施形態に係る加工設備は、建屋とブラスト加工装置とを備える。建屋は、位置調整機構によって位置を調整することが可能な柱及び梁の少なくとも一方を用いて構成される。ブラスト加工装置は、前記柱及び梁の少なくとも一方で支持することによって前記建屋内に据付けられ、ワークのブラスト加工を行う。前記ブラスト加工装置は、前記ワークに向けてブラスト材料を噴射するノズルと、前記ノズルと前記ワークとの間における相対的な位置決めを行うための移動機構であって、前記柱及び梁の少なくとも一方に沿って移動する前記移動機構とを有し、前記ブラスト加工装置のうち位置決め精度に影響を与える構成要素であって、前記柱及び梁の少なくとも一方で支持される構成要素については、前記位置調整機構により前記柱及び梁の少なくとも一方の位置が調整された状態で前記建屋内の所定の位置に公差が１０マイクロメートルオーダ以下となるよう据付けられる一方、前記建屋のうち前記位置調整機構により位置が調整されていない部分についてはミリメートルオーダの公差を有する。
また、本発明の実施形態に係る加工設備は、建屋とブラスト加工装置とを備える。建屋は、位置調整機構によって位置を調整することが可能な柱及び梁の少なくとも一方を用いて構成される。ブラスト加工装置は、前記建屋内に据付けられ、１０マイクロメートルオーダ以下の位置決め精度でワークのブラスト加工を行う。前記ブラスト加工装置は、前記ワークに向けてブラスト材料を噴射するノズルと、前記ノズルと前記ワークとの間における相対的な位置決めを行うための移動機構であって、前記柱及び梁の少なくとも一方に沿って移動する前記移動機構とを有し、前記ブラスト加工装置は、前記位置調整機構により前記柱及び梁の少なくとも一方の位置が調整された状態で前記建屋内の所定の位置に据付けられ、かつ前記位置調整機構により位置が調整された前記柱及び梁の少なくとも一方が前記建屋と前記ブラスト加工装置に共通の、剛性を確保するための構造部材となっている。
また、本発明の実施形態に係る加工設備の製造方法は、位置調整機構によって位置を調整することが可能な柱及び梁の少なくとも一方を用いて建屋の少なくとも一部を建設するステップと、ワークのブラスト加工を行うブラスト加工装置を、前記ワークに向けてブラスト材料を噴射するノズルと前記ワークとの間における相対的な位置決めを行うための移動機構が前記柱及び梁の少なくとも一方に沿って移動するように、前記柱及び梁の少なくとも一方で支持することによって前記建屋内に据付けるステップとを有し、前記建屋の組立後又は組立中において前記位置調整機構によって前記柱及び梁の少なくとも一方の位置を調整しながら前記ブラスト加工装置を前記柱及び梁の少なくとも一方で支持することにより前記建屋内の所定の位置に据付けることによって、前記柱及び梁の少なくとも一方の設計上の位置からの位置ずれを前記ブラスト加工装置の据付に要求される公差以下とするものである。

本発明によれば、より短い施工期間で加工設備を建屋内に据付けられるようにすることができる。

本発明の実施形態に係る加工設備の構成を示す斜視図。 図１に示す柱及び梁の少なくとも一方の位置を調整するための位置調整機構の一例として用いられるターンバックルの構造例を示す図。 図１に示す柱及び梁の少なくとも一方の位置を調整するための位置調整機構の一例として用いられるボルトと長孔を示す図。

本発明の実施形態に係る加工設備及び加工設備の製造方法について添付図面を参照して説明する。

（構成及び機能）
図１は本発明の実施形態に係る加工設備の構成を示す斜視図である。

加工設備１は、建屋２内にワークの加工を行うための加工機構３を据付けることによって構成される。ここでは、加工機構３がワークのブラスト加工を行うブラスト加工装置４である場合を例に説明する。

建屋２は、加工機構３の一例であるブラスト加工装置４を格納する建物である。図１に示す例では、３階建の建屋２にブラスト加工装置４が格納されている。建屋２は、工場内に建設される建物であっても良いし、建屋２自体が工場であっても良い。

建屋２は、複数の柱５と複数の梁６で骨組みを組立て、基礎７で支えることによって構成することができる。梁６は、柱５を繋ぐために架け渡す水平材である。基礎７は、建屋２の重量を支えるため設けられる最下部の構造体である。基礎７は、コンクリート等の必要な強度を有する材料で構成することができる。建屋２が工場自体である場合や防塵又は防音が要求されるような場合には、柱５と梁６で構成される骨組みに外壁を貼付けてもよい。

ブラスト加工装置４は、ワークに向けてブラスト材料を噴射するノズル８と、ノズル８を移動させる移動機構９とを有する。但し、ノズル８の位置を固定し、ワークを移動させる移動機構をブラスト加工装置４に設けるようにしてもよい。或いは、ワークとノズル８の双方を移動機構によって移動させるようにしてもよい。すなわち、ノズル８とワークとの間における相対的な位置決めを行うことが可能であれば、移動機構の構造は任意である。従って、移動機構には、ノズル８及びワークの少なくとも一方を軌道に沿って移動させる機能が備えられる。軌道は、直線軌道であっても、曲線軌道であってもよい。また、１次元、２次元又は３次元の平行移動に限らず、回転移動や傾斜移動を行うようにしてもよい。

図１に示す例では、２つのノズル８と、各ノズル８を鉛直方向及び水平方向に平行移動させることが可能な２つの移動機構９が備えられている。各移動機構９は、長さ方向が鉛直方向となる向きで配置された複数の棒状の補強部材を、長さ方向が水平方向となる向きで配置された複数の棒状の補強部材で補強した直方体のタワー型構造体９Ａで構成されている。すなわち、各移動機構９も建屋２と同様に複数の柱と複数の梁を組立てた構造を有している。そして、ノズル８の保持部９Ｂが、鉛直方向の補強部材をガイドとして上下方向に移動できるように構成されている。一方、タワー型構造体９Ａは、基礎７の上に設置されたレール９Ｃに沿って、建屋２の梁６をガイドとして水平方向に移動できるように構成されている。これにより、各移動機構９によってノズル８を水平方向及び鉛直方向の２軸方向に平行移動させることができる。

ブラスト加工装置４の少なくとも一部は、柱５及び梁６の少なくとも一方によって支持される。図１に示す例では、移動機構９が梁６をガイドとして水平方向に移動するように構成されている。但し、図１に示す例に限らず、柱５及び梁６の少なくとも一方に沿って移動機構９が移動するようにすることができる。つまり、柱５及び梁６の少なくとも一方を、移動機構９を移動させるためのガイドとして利用することができる。

図１には省略されているが、柱５及び梁６の少なくとも一方には、位置を調整するための位置調整機構が設けられる。従って、柱５及び梁６の少なくとも一方の空間的な位置を、位置調整機構によって微調整することができる。但し、位置調整機構が着脱可能な構造を有する場合には、ブラスト加工装置４の建屋２内への据付後に、位置調整機構を取外してもよい。その場合には、加工設備１の使用時における外観は、位置調整機構の図示が省略された図１に例示されるような外観となる。

図２は、図１に示す柱５及び梁６の少なくとも一方の位置を調整するための位置調整機構の一例として用いられるターンバックルの構造例を示す図である。

ターンバックル２０は、ワイヤ等の張力を調節する器具である。典型的なターンバックル２０は、金属製の胴の一端に右ねじのねじ山を形成する一方、他端に左ねじ（逆ねじ）のねじ山を形成し、両端のねじ山にそれぞれフックを締付けた構造を有している。このため、ターンバックル２０を回転させると、両端におけるフックが胴側に締込まれるか、或いは緩められる。従って、ターンバックル２０を回転させることにより、ターンバックル２０で連結されたワイヤ状又は棒状の部材の張力を調整することができる。ターンバックル２０は、ボトルスクリューとも呼ばれる。

このような構造を有する張力の調整用の器具を、柱５及び梁６の少なくとも一方の空間的な位置を調整するための位置調整機構として利用することができる。図２に示す例では、２本の柱５と２本の梁６によって構成される矩形枠の内側に、対角線に沿う２本の棒状部材２１が連結されている。そして、各棒状部材２１の長さが、ターンバックル２０によって調整できるように構成されている。従って、各棒状部材２１の長さをターンバックル２０により調整すれば、柱５及び梁６の空間位置を微調整することができる。もちろん、２本の棒状部材２１をクロスさせずに、任意の数の棒状部材２１を任意の位置に設けることもできる。

図３は、図１に示す柱５及び梁６の少なくとも一方の位置を調整するための位置調整機構の一例として用いられるボルトと長孔を示す図である。

図３に示すように、ボルト３０と、ボルト３０の位置を調節することが可能な長孔３１によっても、柱５及び梁６の少なくとも一方の空間的な位置を調整するための位置調整機構を構成することができる。図３は長手方向を水平方向とする長孔３１を柱５及び梁６の少なくとも一方に直接又は間接的に設けることによって、建屋２の組立後であっても、柱５又は梁６の位置を水平方向に変更できるようにした例を示している。もちろん、長手方向が鉛直方向となっている長孔３１を設けてもよい。また、柱５及び梁６によって形成される矩形枠の隅に斜め方向に連結される連結部材に長孔３１を形成してもよい。

図２及び図３に例示される位置調整機構に限らず、柱５及び梁６の少なくとも一方の位置を調整することが可能な構造又は機構であれば、任意の構造又は機構を位置調整機構として採用することができる。もちろん、図２に例示される位置調整機構、図３に例示される位置調整機構及び他の位置調整機構を組み合わせてもよい。

従って、建屋２は、位置調整機構によって位置を調整することが可能な柱５及び梁６の少なくとも一方を用いて構成される。位置調整機構は、建屋２の組立後又は組立中においてブラスト加工装置４を据付ける際に、柱５及び梁６の少なくとも一方の設計上の位置からの位置ずれを、要求される公差以下とするために使用される。換言すれば、ブラスト加工装置４は、位置調整機構により柱５及び梁６の少なくとも一方の位置を調整することによって建屋２内の所定の位置に据付けられる。

これにより、建屋２の少なくとも一部を建築上の粗い公差で建設した後に、ブラスト加工装置４に要求される公差となるように、柱５及び梁６の少なくとも一方の位置を調整することができる。その結果、位置ずれ量がブラスト加工装置４に要求される公差の範囲内となった柱５及び梁６の少なくとも一方を、ブラスト加工装置４の少なくとも一部を支持するための支持体として用いることができる。つまり、建屋２の構造部材と、ブラスト加工装置４の構造部材を共通にすることが可能となる。この結果、必要な強度を有する柱５及び梁６を用いることによって加工設備１の剛性を確保しつつ、部品数を低減させることにより加工設備１の構造を簡易にすることができる。

特に、図１に例示されるように、ノズル８とワークとの間における相対的な位置決めを行う移動機構９を移動させるためのレール等のガイド機構として柱５及び梁６の少なくとも一方を用いれば、加工設備１の構成要素の有効利用による構造の簡易化を一層図ることができる。

次に加工設備１の製造方法について説明する。

まず、コンクリート等の必要な強度を有する任意の材料で基礎７が形成される。工場内のようにコンクリートの床が存在する場合には、コンクリートを追加して床を補強することにより基礎７と床とを一体化してもよい。次に、基礎７に必要な数の柱５を必要な位置に建て、梁６で柱５が連結される。これにより、図１に例示されるような建屋２が組立てられる。

建屋２は、建築上のミリメートルオーダの公差で建設することができる。従って、柱５及び梁６を粗い精度で組立てることができる。但し、図２及び図３に例示されるような位置調整機構によって位置を調整することが可能な柱５及び梁６の少なくとも一方を用いて建屋２が建設される。建屋２の基礎７をコンクリートで構成した場合には、コンクリートに埋設して固定される柱５自体の位置調整はできない。このため、コンクリートに固定された柱５に、位置調整機構によって位置を調整することが可能な柱５及び梁６の少なくとも一方が直接又は間接的に連結される。

このようにミリメートルオーダの公差で建屋２を建設した後、ブラスト加工装置４が建屋２内に据付けられる。尚、ブラスト加工装置４の据付を行うことが可能な程度に建屋２が組立てられていれば、建屋２が完全に完成する前であってもブラスト加工装置４の据付を開始することができる。具体例として屋根や外壁等のブラスト加工装置４の重量の支持を担わないような部材については、ブラスト加工装置４の据付後に建屋２に取付けるようにしてもよい。従って、ミリメートルオーダの公差で建屋２の少なくとも一部が建設された後に、ブラスト加工装置４が建屋２内に据付けられる。

但し、建屋２はミリメートルオーダの公差で建設されているのに対し、ブラスト加工装置４の位置決め精度に要求される公差は、標準的には１０マイクロメートルオーダ以下である。従って、ノズル８や移動機構９等の位置決め精度に影響を与える構成要素については、１０マイクロメートルオーダ以下の公差でブラスト加工装置４に取付ける必要がある。

そこで、位置調整機構によって柱５及び梁６の少なくとも一方の位置を調整しながらブラスト加工装置４が建屋２内の所定の位置に据付けられる。すなわち、ブラスト加工装置４を建屋２内の所定の位置に据付けるために、位置調整機構により柱５及び梁６の少なくとも一方の位置の公差が１０マイクロメートルオーダ以下となるように、柱５及び梁６の少なくとも一方の位置が調整される。

実用的かつ好適な例として、ノズル８とワークとの間における相対的な位置決めを行うための移動機構９を、柱５及び梁６の少なくとも一方に沿って移動するように据付けることができる。そして、移動機構９が１０マイクロメートルオーダ以下、つまりミリメートル単位で少なくとも１００分台の精度で移動するように位置調整機構により柱５及び梁６の少なくとも一方の位置を調整することができる。

例えば、図１に示すような構造を有する移動機構９であれば、基礎７の上に１０マイクロメートルオーダ以下の精度でレール９Ｃを敷き、移動機構９の水平方向における移動をガイドするための建屋２の各梁６の空間位置を、誤差が１０マイクロメートルオーダ以下となるように位置調整機構により調整することができる。そして、誤差が１０マイクロメートルオーダ以下となるように組立てたタワー型構造体９Ａを建屋２内に据付けることができる。

タワー型構造体９Ａのサイズが小さく搬送が容易であれば、予め組立てたタワー型構造体９Ａを位置調整後の建屋２内に据付けるようにしても良い。また、タワー型構造体９Ａの運搬を回避することが望ましい場合には、建屋２の梁６等の対応する構造部材の位置を調整しながら、建屋２内でタワー型構造体９Ａを組立てるようにしてもよい。

このような工法により、ミリメートルオーダの公差で一旦組立てた柱５及び梁６の少なくとも一方をガイドとして、１０マイクロメートルオーダ以下の良好な精度でノズル８を移動させることが可能なブラスト加工装置４を建屋２内に据付けることが可能となる。これは、移動機構９によってワーク側を移動させる場合においても同様である。

つまり以上のような加工設備１及び加工設備１の製造方法は、ターンバックル等の位置調整機構を用いて柱５及び梁６の位置を事後的に調節できるように建屋２の少なくとも一部を建設し、ブラスト加工装置４等の加工機構３を据付ける際に位置調整機構で柱５や梁６の位置を調整しながら加工機構３を据付けることができるようにしたものである。

（効果）
このため、加工設備１及び加工設備１の製造方法によれば、建屋２の組立後に事後的に建屋２の所望の部分における精度を向上させることができる。その結果、粗い公差で建設された建屋２の構造体を細かい精度が要求されるブラスト加工装置４等の加工機構３の構成要素として有効利用することができる。すなわち、互いに要求される公差が大きく異なる建屋２とブラスト加工装置４等の加工機構３とを一体化することができる。

従来は、建屋と加工装置の公差が大きく異なることから別々に設計して施工する必要があった。このため、建屋の建設及び加工装置の据付を含む設備全体の施工期間が長くなるという問題があった。また、建屋を構成する構造体の内部に更に加工装置の構造体を格納する必要が生じ、建屋に要求される容積及び建屋自体のサイズが大きくなるという問題もあった。

これに対して、加工設備１及び加工設備１の製造方法によれば、建屋２の部材と加工機構３の部材を共通化できるため、加工設備１の施工期間の短縮、加工設備１を設置するために必要な専有面積の縮小化及び加工設備１のコスト低減化を図ることができる。また、加工設備１を構成する建屋２は、建築基準法の認可を受けることができる。従って、工場内に限らず工場外であっても加工設備１を設置することができる。

特に、ブラスト加工装置４のノズル８は軽いため、重い主軸を有するマシニングセンタ等の工作機械と比較すると、要求される剛性及び精度が小さい。従って、工作機械のように岩盤に杭を打ち込んで基礎７を固定する場合に限らず、基礎７を岩盤に固定しない場合であっても、市販の標準的なサイズの柱５や梁６でノズル８を支持することにより、十分な剛性及び精度を確保することができる。このため、ブラスト加工装置４を建屋２内に据付ける場合に特に実用性が高い。

以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。

例えば、上述した実施形態では、加工機構３がブラスト加工装置４である場合を例に説明したが、マシニングセンタやフライス盤等のワークの機械加工を行う工作機械を加工機構３として建屋２内に据付けることもできる。工作機械の場合には、位置決め精度がミリメートル単位で１０００分台から１００００分台である場合が多い。従って、ミリメートルオーダの公差で建屋２の少なくとも一部を建設した後に、位置調整機構により柱５及び梁６の少なくとも一方の位置の公差が１マイクロメートルオーダ以下となるように、柱５及び梁６の少なくとも一方の位置を調整しながら加工機構３として工作機械を据付けることによって加工設備１を製造することができる。

これにより、建屋２の柱５及び梁６をミリメートルオーダの粗い公差で組立てる一方、０．００１ｍｍから０．０００１ｍｍのオーダの機械精度を有する工作機械を、柱５及び梁６を支持体として建屋２内に据付けることができる。すなわち、建屋２の部材である柱５及び梁６の一部を工作機械の支持部材としても利用することが可能となる。

１ 加工設備
２ 建屋
３ 加工機構
４ ブラスト加工装置
５ 柱
６ 梁
７ 基礎
８ ノズル
９ 移動機構
９Ａ タワー型構造体
９Ｂ 保持部
９Ｃ レール
２０ ターンバックル
２１ 棒状部材
３０ ボルト
３１ 長孔

Claims (7)

1. 位置調整機構によって位置を調整することが可能な柱及び梁の少なくとも一方を用いて構成される建屋と、
   前記柱及び梁の少なくとも一方で支持することによって前記建屋内に据付けられ、ワークのブラスト加工を行うブラスト加工装置と、
   を備え、
   前記ブラスト加工装置は、
   前記ワークに向けてブラスト材料を噴射するノズルと、
   前記ノズルと前記ワークとの間における相対的な位置決めを行うための移動機構であって、前記柱及び梁の少なくとも一方に沿って移動する前記移動機構と、
   を有し、
   前記ブラスト加工装置のうち位置決め精度に影響を与える構成要素であって、前記柱及び梁の少なくとも一方で支持される構成要素については、前記位置調整機構により前記柱及び梁の少なくとも一方の位置が調整された状態で前記建屋内の所定の位置に公差が１０マイクロメートルオーダ以下となるよう据付けられる一方、前記建屋のうち前記位置調整機構により位置が調整されていない部分についてはミリメートルオーダの公差を有する加工設備。
2. 位置調整機構によって位置を調整することが可能な柱及び梁の少なくとも一方を用いて構成される建屋と、
   前記建屋内に据付けられ、１０マイクロメートルオーダ以下の位置決め精度でワークのブラスト加工を行うブラスト加工装置と、
   を備え、
   前記ブラスト加工装置は、
   前記ワークに向けてブラスト材料を噴射するノズルと、
   前記ノズルと前記ワークとの間における相対的な位置決めを行うための移動機構であって、前記柱及び梁の少なくとも一方に沿って移動する前記移動機構と、
   を有し、
   前記ブラスト加工装置は、前記位置調整機構により前記柱及び梁の少なくとも一方の位置が調整された状態で前記建屋内の所定の位置に据付けられ、かつ前記位置調整機構により位置が調整された前記柱及び梁の少なくとも一方が前記建屋と前記ブラスト加工装置に共通の、剛性を確保するための構造部材となっている加工設備。
3. 位置調整機構によって位置を調整することが可能な柱及び梁の少なくとも一方を用いて建屋の少なくとも一部を建設するステップと、
   ワークのブラスト加工を行うブラスト加工装置を、前記ワークに向けてブラスト材料を噴射するノズルと前記ワークとの間における相対的な位置決めを行うための移動機構が前記柱及び梁の少なくとも一方に沿って移動するように、前記柱及び梁の少なくとも一方で支持することによって前記建屋内に据付けるステップと、
   を有し、
   前記建屋の組立後又は組立中において前記位置調整機構によって前記柱及び梁の少なくとも一方の位置を調整しながら前記ブラスト加工装置を前記柱及び梁の少なくとも一方で支持することにより前記建屋内の所定の位置に据付けることによって、前記柱及び梁の少なくとも一方の設計上の位置からの位置ずれを前記ブラスト加工装置の据付に要求される公差以下とする加工設備の製造方法。
4. ミリメートルオーダの公差で前記建屋の少なくとも一部を建設した後に、前記ブラスト加工装置のうち位置決め精度に影響を与える構成要素を前記柱及び梁の少なくとも一方で支持することによって前記建屋内の前記所定の位置に１０マイクロメートルオーダ以下の公差で据付けるために、前記位置調整機構により前記柱及び梁の少なくとも一方の位置を調整する請求項３記載の加工設備の製造方法。
5. 前記柱及び梁の少なくとも一方を前記建屋と前記ブラスト加工装置に共通の、剛性を確保するための構造部材として用いる請求項３又は４記載の加工設備の製造方法。
6. 前記建屋の基礎をコンクリートで構成し、前記コンクリートに固定した柱に前記位置調整機構によって位置を調整することが可能な前記柱及び梁の少なくとも一方を連結する請求項３乃至５のいずれか１項に記載の加工設備の製造方法。
7. 前記位置調整機構により前記柱及び梁の少なくとも一方の位置を調整しながら、前記移動機構が１０マイクロメートルオーダ以下の精度で移動するように前記移動機構を据付ける請求項３乃至６のいずれか１項に記載の加工設備の製造方法。

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