JP7065008B2 - Ｘ－ｙ駆動機構及びそれを備えた作業システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の方向に駆動するＸ－Ｙ駆動機構及びそれを備えた作業システムに関する。

従来、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向等の複数の方向に駆動する駆動機構を備えた装置としては、例えば、特許文献１，２，３に記載された微動ステージが知られている。

特許文献１に記載されている微動ステージは、制御対象に存在する弾性振動を抑えることにより、制御対象を高精度に位置決めできるように構成されている。
また、特許文献２に記載されているＸＹ微動ステージは、直進の精度に優れ、しかも、高速に位置決めできるように構成されている。
また、特許文献３に記載されている複数軸の位置制御装置は、サーボモータ１個でＸＹＺの３軸の制御軸方向に駆動できるように構成されている。
特許文献１～３に記載の複数軸の位置制御装置は、高精度あるいは高速に位置決めすることができる機能を有している。

特開２００３－２８０７４４号公報 特開平５－２５９２６３号公報 特開２０００－３９９２０号公報

しかし、特許文献１～３に記載の複数軸の位置制御装置は、例えば、多孔形状の被作業対象物に対して作業を行う場合に、一つ一つの孔に作業装置を容易に挿入させる機能は備えていない。このようなことから、作業装置を多数の孔等の作業部に容易に挿入させて種々の作業を行わせることができる装置が要望されている。

そこで、本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、被作業対象物の複数の被作業部に対して容易にアクセスできるＸ－Ｙ駆動機構及びそれを備えた作業システムを提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係るＸ－Ｙ駆動機構は、Ｘ軸方向に延設されて被作業対象物に連結された第１レールと、前記第１レールに沿ってＸ軸方向に連結部を移動させることが可能なＸ軸駆動機構と、前記第１レールに直交するＹ軸方向に延設された第２レールと、前記第２レール上に配置されて前記第２レールをＹ軸方向に移動させることが可能な第１Ｙ軸駆動機構と、前記第２レールに沿って平行に配置された第３レールと、前記第３レールを前記第２レールに沿って移動させることが可能な第２Ｙ軸駆動機構と、を備えたＸ－Ｙ駆動機構であって、前記Ｘ－Ｙ駆動機構は、容器内に取り付けられて前記容器内に配置された前記被作業対象物の被作業部に対して作業する際に使用され、前記容器は、当該容器の外周部に設けられて当該容器内に前記Ｘ－Ｙ駆動機構を着脱するのに利用される筒部と、前記容器の内壁に設置されて、前記第１レールの両端部にそれぞれ設けた保持部を固定することによって、前記Ｘ－Ｙ駆動機構を前記被作業対象物内に設置するためのブラケットと、を備えていることを特徴とする。

また、本発明は、Ｘ－Ｙ駆動機構によって駆動される作業装置を備えた作業システムであって、前記第３レールには、前記作業装置を取り付けるための作業装置保持部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、被作業対象物の複数の被作業部に対して容易にアクセスできるＸ－Ｙ駆動機構及びそれを備えた作業システムを提供することができる。

本発明の実施形態に係るＸ－Ｙ駆動機構及びそれを備えた作業システムの設置状態を示す概略正面図である。 Ｘ－Ｙ駆動機構及びそれを備えた作業システムを示す拡大概略斜視図である。 Ｘ－Ｙ駆動機構及びそれを備えた作業システムを示す拡大概略平面図である。 Ｘ－Ｙ駆動機構及びそれを備えた作業システムを示す拡大概略側面図である。 Ｘ－Ｙ駆動機構の設置状態を示す要部拡大概略断面図である。

図１～図５を参照して本発明の実施形態にＸ－Ｙ駆動機構２００及びそれを備えた作業システム１００を説明する。
まず、Ｘ－Ｙ駆動機構２００及びそれを備えた作業システム１００を説明する前に、Ｘ－Ｙ駆動機構２００を取り付けて使用される被作業対象物１を説明する。

＜被作業対象物＞
図１に示すように、被作業対象物１は、Ｘ－Ｙ駆動機構２００が取り付けられて、Ｘ－Ｙ駆動機構２００を使用して作業が行われる部材であればよく、使用用途、形状、材質等については特に限定されない。

被作業対象物１は、例えば、容器１１と、容器１１内に収められた熱交換器６を備え、熱交換器６は上面視して多孔形状を呈しており、その孔１つ１つが検査される被検査部１ａ（被作業部）である。

容器１１は、熱交換器６（被作業対象物１）を検査する際に用いるＸ－Ｙ駆動機構２００が、検査時に、その内部に設置される。
筒部１２は、作業者が容器１１内に手を入れて、Ｘ－Ｙ駆動機構２００の着脱作業等を行うための部位である。筒部１２は、例えば、容器１１の外周部に設けられた円筒形状の部材からなる。

＜作業システム＞
作業システム１００は、例えば、熱交換器６を検査する作業を行う作業装置３００と、作業装置３００を水平方向に自由に移動させることが可能なＸ－Ｙ駆動機構２００と、を備えた装置である。

＜作業装置＞
図１に示すように、作業装置３００は、前記したように被作業部１ａ（被検査部）である熱交換器６の検査を定期的行う検査装置である。作業装置３００は、図２に示すように、複数の被作業部１ａに対して作業を行う作業部５１と、複数の被作業部１ａに対して作業部５１を進退させる進退機構５２と、複数の位置決めピン５３と、基台５４と、ゴムブロック５５と、を備えている。作業装置３００は、作業装置保持部４５によって第３レール４３に取り付けられている。そして、作業装置３００は、Ｘ－Ｙ駆動機構２００によって前後左右の水平方向に自由に移動可能となっている。

図１及び図４に示すように、作業部５１は、例えば、複数の熱交換器６内の表面の検査を行う検査装置である。
進退機構５２は、筒状の熱交換器６内に作業部５１を進退させるための装置である。進退機構５２は、作業部５１を下降あるいは上昇させることが可能な装置であればよく、例えば、Ｚ軸方向（上下方向）に駆動するロッドレスのエアシリンダ装置からなる。進退機構５２は、作業部５１及び位置決めピン５３を保持する基台５４にフローティング用のゴムブロック５５を介在してその上側に設置されている。
位置決めピン５３は、筒状の熱交換器６（図１参照）の上側開口部に係合する円錐形状部位を下端部に有する４本のピンからなる。位置決めピン５３は、コイルばねを備えて上下方向に弾性的に伸縮するように構成されている。

＜Ｘ－Ｙ駆動機構＞
図２に示すように、Ｘ－Ｙ駆動機構２００は、作業装置３００をＸ方向（前後方向）及びＹ方向（左右方向）に移動させるための駆動装置である。Ｘ－Ｙ駆動機構２００は、Ｘ軸駆動機構２と、第１Ｙ軸駆動機構３と、第２Ｙ軸駆動機構４と、を備えて構成されている。

Ｘ軸駆動機構２は、後端の連結部２６に設けた第１Ｙ軸駆動機構３及び第２Ｙ軸駆動機構４をＸ軸方向（前後方向）に移動させるための装置である。Ｘ軸駆動機構２は、第１Ｙ軸駆動機構３をＸ軸方向に移動させることが可能な装置であれば、特に構造等は限定されない。Ｘ軸駆動機構２は、その一例を挙げると、雌ネジ部材２１と、雄ネジ部材２２と、電動モータ２３と、第１レール２４と、を備えて構成されたネジ駆動機構２０からなる。

図２に示すように、ネジ駆動機構２０は、雄ネジ部材２２を回転駆動させることによって、連結部２６を介在して雌ネジ部材２１が設けられた連結部２６を介在して第２レール３４をＸ軸方向（前後方向）に移動させることが可能である。

図２及び図３に示すように、雌ネジ部材２１は、雄ネジ部材２２が螺合する部材であり、第１レール２４上に設置されている。
雄ネジ部材２２は、Ｘ軸方向に延設されて外周部にネジ山が形成された棒状部材である。雄ネジ部材２２は、第１レール２４に沿って平行に配置されて、前端部が電動モータ２３のロータに噛合した歯車減速機構（図示省略）に噛合され、後端部が第１Ｙ軸駆動機構３の第２レール３４に連結された雌ネジ部材２１に噛合した状態に配置されている。雄ネジ部材２２は、例えば、台形ネジによって形成されているので、Ｘ軸駆動機構２を台形ネジ駆動により全位置に正確に移動させることが可能である。
電動モータ２３は、歯車減速機構（図示省略）を介在して雄ネジ部材２２を減速回転させる駆動源である。電動モータ２３は、第１レール２４上に設置されている。

前記した第１レール２４は、Ｘ軸方向に延設された左右一対の部材からなる。第１レール２４は、両端部にそれぞれ設けた保持部２５を容器１１に設置されたブラケット１５に締結することによって、容器１１（図５参照）の内壁に水平に架設されている。即ち、Ｘ－Ｙ駆動機構２００（Ｘ軸駆動機構２）は、図５に示すように、保持部２５をブラケット１５に固定することによって、被作業対象物１内に設置されている。

図５は、Ｘ－Ｙ駆動機構の設置状態を示す要部拡大概略断面図である。ここで符号１４は壁板部であり、符号１５はブラケットである。一方のブラケットは容器１１の内壁に固定され、もう一方のブラケット１５は壁板部１４に固定されている。この２つのブラケット１５，１５によって、Ｘ－Ｙ駆動機構２００の第１レール２４が容器１１の内部に固定される。

図２及び図３に示すように、保持部２５は、Ｘ軸駆動機構２を被作業対象物１（容器１１の内部）に固定するときの座などを構成する部材である。保持部２５には、被作業対象物１（容器１１の内部）に固定するためのホールクランプ（図示省略）と、第１Ｙ軸駆動機構３に連結するためのホールクランプ（図示省略）と、が設けられている。

連結部２６は、第１レール２４を第１Ｙ軸駆動機構３の第２レール３４上に移動可能に連結するための部材である。
取っ手２７は、左右一対の第１レール２４の前端部及び後端部をそれぞれ連結して保持する部材である。取っ手２７は、作業者が手で掴むときの把手の機能を備えている。
架設部材２８は、左右一対の第１レール２４上に架設されて、左右の第１レール２４を等間隔に保持するための部材である。架設部材２８は、第１レール２４上に適宜な間隔で複数設けられている。

＜第１Ｙ軸駆動機構＞
図２及び図３に示すように、第１Ｙ軸駆動機構３は、第２レール３４を第３レール４３に沿って移動させることが可能な駆動装置である。第１Ｙ軸駆動機構３は、第２レール３４をＹ軸方向（左右方向）に移動させることが可能な装置であれば、特に構造等は限定されない。第１Ｙ軸駆動機構３は、その一例を挙げると、雌ネジ部材３１と、雄ネジ部材３２と、電動モータ３３と、第２レール３４と、取っ手３５と、を備えて構成されたネジ駆動機構３０からなる。

ネジ駆動機構３０は、電動モータ３３によって雌ネジ部材３１または雄ネジ部材３２を回転駆動させることにより、第２レール３４をＹ軸方向にＹ１ストローク（図１参照）移動させることが可能な台形ネジ駆動装置である。実施形態では、雄ネジ部材３２を回転駆動させる場合の一例を説明する。
雌ネジ部材３１は、ネジ孔を有する雌ネジ形状の部材からなる。雌ネジ部材３１は、前後の第２レール３４間に固定されている。

雄ネジ部材３２は、雌ネジ部材３１のネジ孔に螺合する雄ネジ形状の部材である。雄ネジ部材３２は、前記した前後一対の第２レール３４間に回転自在に平行に配置されて、左右方向に延設されている。雄ネジ部材３２は、雄ネジ部材２２と同様、例えば、台形ネジによって形成されている。
電動モータ３３は、例えば、雄ネジ部材３２を回転駆動させて、雌ネジ部材３１及び第２レール３４をＹ軸方向（左右方向）に移動させるための駆動源である。

図２及び図３に示すように、第２レール３４は、第３レール４３の上側に、第３レール４３に沿って平行に配置されていると共に、前記した第１レール２４に対して直交する方向に延設されたレールである。

＜第２Ｙ軸駆動機構＞
図２に示すように、第２Ｙ軸駆動機構４は、第３レール４３をＹ軸方向（左右方向）に移動させることが可能な駆動装置である。第２Ｙ軸駆動機構４は、第３レール４３をＹ軸方向に移動させることが可能な装置であれば、特に構造等は限定されない。第２Ｙ軸駆動機構４は、その一例を挙げると、ロッドレスのシリンダ４１と、スライダ４２と、第３レール４３と、を備えて構成されたシリンダ機構４０からなる。第２Ｙ軸駆動機構４は、底部１３（図１参照）の上方に左右方向（Ｙ軸方向）に水平に配置されている。

シリンダ機構４０は、シリンダ４１内に供給された圧縮空気によって、スライダ４２を移動させることで、スライダ４２に連結された作業装置３００をＹ軸方向にＹ２ストローク（図１参照）移動させることが可能なエアシリンダ機構からなる。第２Ｙ軸駆動機構４は、シリンダ機構４０の進退駆動によって、第３レール４３を予め設定した距離からなるＹ２ストローク（図１参照）を直線往復移動させることが可能である。なお、シリンダ機構４０は、圧縮空気によって駆動される装置に限定されず、油圧等の流体によるものであってもよい。

シリンダ４１は、流体が供給されるシリンダケースからなる。
スライダ４２は、第３レール４３の左端部と右端部との間をＹ２ストローク（図１参照）往復直線移動可能に配置されている。

第３レール４３は、第１レール２４に直交するＹ軸方向に延設された板状の部材からなる。第３レール４３の端部下面には、シリンダ４１を介在して作業装置３００が取り付けられている。前記した第１レール２４、第２レール３４及び第３レール４３は、アルミニウム、あるいは、アルミニウム合金によって形成されている。
作業装置連結部材４４は、第２Ｙ軸駆動機構４と作業装置３００とを連結する部材である。

≪作用≫
次に、図１～図４を参照しながら本発明の実施形態に係るＸ－Ｙ駆動機構２００及びそれを備えた作業システム１００の作用を説明する。

図１及び図２に示すように、作業システム１００は、Ｘ－Ｙ駆動機構２００（Ｘ軸駆動機構２、第１Ｙ軸駆動機構３及び第２Ｙ軸駆動機構４）を備えていることで、作業装置３００をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させることが可能である。これにより、作業システム１００は、作業装置３００を多数配置された熱交換器６の上に正確に移動させることができる。

さらに、作業装置３００は、作業部５１（検査部）をＺ軸方向（上下方向）に進退可能な進退機構５２を備えていることによって、作業部５１を筒状の熱交換器６内に挿入させて、熱交換器６内の検査を行ったり、熱交換器６内の種々の作業を容易に行ったりすることを可能にする。

このように、本発明のＸ－Ｙ駆動機構２００は、図２に示すように、Ｘ軸方向に延設されて被作業対象物１に連結された第１レール２４と、第１レール２４に沿ってＸ軸方向に連結部２６を移動させることが可能なＸ軸駆動機構２と、第１レール２４に直交するＹ軸方向に延設された第２レール３４と、第２レール３４上に配置されて第２レール３４をＹ軸方向に移動させることが可能な第１Ｙ軸駆動機構３と、第２レール３４に沿って平行に配置された第３レール４３と、第３レール４３を第２レール３４に沿って移動させることが可能な第２Ｙ軸駆動機構４と、を備えている。

これにより、Ｘ－Ｙ駆動機構２００は、Ｘ軸駆動機構２と、第１Ｙ軸駆動機構３と、第２Ｙ軸駆動機構４と、を備えていることで、Ｘ軸方向（前後方向）及びＹ軸方向（左右方向）の平面方向に対して四方八方に水平に移動させることができる。Ｘ－Ｙ駆動機構２００は、被作業対象物１の複数の被作業部１ａに対して容易にアクセスできるように移動させることができる。また、Ｘ－Ｙ駆動機構２００は、第１Ｙ軸駆動機構３と、第２Ｙ軸駆動機構４とを備えていることで、第１Ｙ軸駆動機構３によってＹ１ストローク（図１参照）Ｙ軸方向に移動させることができると共に、第２Ｙ軸駆動機構４によってＹ２ストローク（図１参照）Ｙ軸方向に移動させることができる。このため、Ｘ－Ｙ駆動機構２００は、Ｙ軸方向に合計Ｙ３ストローク（図１参照）移動させることができ、左右方向の移動範囲が広い。

また、第１Ｙ軸駆動機構３は、ネジ孔を有する雌ネジ部材３１と、ネジ孔に螺合する雄ネジ部材３２と、雌ネジ部材３１または雄ネジ部材３２を回転駆動させる電動モータ３３と、を備えたネジ駆動機構３０からなり、ネジ駆動機構３０は、電動モータ３３によって雌ネジ部材３１または雄ネジ部材３２を回転駆動させることにより、第２レール３４をＹ軸方向に移動させることが好ましい。
これにより、第１Ｙ軸駆動機構３は、電動モータ３３を駆動させることによって、雌ネジ部材３１または雄ネジ部材３２を回転駆動して、第２レール３４をＹ軸方向の全位置に正確に移動させることができる。

また、第２Ｙ軸駆動機構４は、流体が供給されるシリンダ４１と、シリンダ４１に供給される流体によってＹ軸方向に進退する第３レール４３を備えたシリンダ機構４０からなることが好ましい。
これにより、第２Ｙ軸駆動機構４は、シリンダ機構４０に流体を供給することによって、第３レール４３をＹ軸方向に移動させることができる。

また、第１レール２４、第２レール３４及び第３レール４３は、アルミニウム、あるいは、アルミニウム合金によって形成されていることが好ましい。
これにより、第１レール２４、第２レール３４及び第３レール４３は、軽いアルミ系の金属で形成されているので、軽量化を図ることができる。

また、本発明は、Ｘ－Ｙ駆動機構２００によって駆動される作業装置３００を備えた作業システム１００であって、第３レール４３には、作業装置３００を取り付けるための作業装置保持部４５が設けられていることが好ましい。
これにより、作業システム１００は、Ｘ－Ｙ駆動機構２００によって前後左右方向に底面的に移動させることが可能な第３レール４３に、作業装置３００が取り付けられているため、作業装置３００を３６０度の方向に水平に移動させることができる。

また、作業装置３００は、被作業対象物１に設けられた複数の被作業部１ａに対して作業を行う作業部５１と、複数の被作業部１ａに対して作業部５１を進退させる進退機構５２と、を備えていることが好ましい。
これにより、作業装置３００は、進退機構５２を備えていることで、３６０度の方向に水平に移動させること可能なＸ－Ｙ駆動機構２００に対して、作業部５１を直交する方向に進退させることができる。このため、作業装置３００は、垂直方向に多数配置された筒状部材からなる被作業部１ａ内を作業する場合、作業部５１を被作業部１ａ内に容易に挿入させて作業を行わせることができる。

［変形例］
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造及び変更が可能であり、本発明はこれら改造及び変更された発明にも及ぶことは勿論である。

前記実施形態で説明したＸ軸駆動機構２、第１Ｙ軸駆動機構３及び第２Ｙ軸駆動機構４は、ネジ駆動機構２０，３０またはシリンダ機構４０の場合を例に挙げて説明したが、第２レール３４あるいは第３レール４３を進退させることができるものであればよい。例えば、Ｘ軸駆動機構２、第１Ｙ軸駆動機構３及び第２Ｙ軸駆動機構４は、いずれもシリンダ機構４０で構成してもよいし、いずれもネジ駆動機構２０，３０で構成してもよいし、あるいは、他の電動歯車機構を使用したものであってもよい。

例えば、Ｘ軸駆動機構２、第１Ｙ軸駆動機構３及び第２Ｙ軸駆動機構４は、同じエアシリンダ機構によって構成することで、電動式や油圧式の装置を比較して、軽量化とコストダウンとを図ることができる。

１ 被作業対象物
１ａ 被作業部
２ Ｘ軸駆動機構
３ 第１Ｙ軸駆動機構
４ 第２Ｙ軸駆動機構
２４ 第１レール
２６ 連結部
３０ ネジ駆動機構
３１ 雌ネジ部材
３２ 雄ネジ部材
３３ 電動モータ
３４ 第２レール
４０ シリンダ機構
４１ シリンダ
４３ 第３レール
５１ 作業部
５２ 進退機構
１００ 作業システム
２００ Ｘ－Ｙ駆動機構
３００ 作業装置

Claims (6)

1. Ｘ軸方向に延設されて被作業対象物に連結された第１レールと、
   前記第１レールに沿ってＸ軸方向に連結部を移動させることが可能なＸ軸駆動機構と、
   前記第１レールに直交するＹ軸方向に延設された第２レールと、
   前記第２レール上に配置されて前記第２レールをＹ軸方向に移動させることが可能な第１Ｙ軸駆動機構と、
   前記第２レールに沿って平行に配置された第３レールと、
   前記第３レールを前記第２レールに沿って移動させることが可能な第２Ｙ軸駆動機構と、を備えたＸ－Ｙ駆動機構であって、
   前記Ｘ－Ｙ駆動機構は、容器内に取り付けられて前記容器内に配置された前記被作業対象物の被作業部に対して作業する際に使用され、
   前記容器は、当該容器の外周部に設けられて当該容器内に前記Ｘ－Ｙ駆動機構を着脱するのに利用される筒部と、
   前記容器の内壁に設置されて、前記第１レールの両端部にそれぞれ設けた保持部を固定することによって、前記Ｘ－Ｙ駆動機構を前記被作業対象物内に設置するためのブラケットと、を備えていることを特徴とするＸ－Ｙ駆動機構。
2. 前記第１Ｙ軸駆動機構は、ネジ孔を有する雌ネジ部材と、
   前記ネジ孔に螺合する雄ネジ部材と、
   前記雌ネジ部材または前記雄ネジ部材を回転駆動させる電動モータと、を備えたネジ駆動機構からなり、
   前記ネジ駆動機構は、前記電動モータによって前記雌ネジ部材または前記雄ネジ部材を回転駆動させることにより、前記第２レールをＹ軸方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載のＸ－Ｙ駆動機構。
3. 前記第２Ｙ軸駆動機構は、流体が供給されるシリンダと、前記シリンダに供給される流体によってＹ軸方向に進退する前記第３レールを備えたシリンダ機構からなることを特徴とする請求項１に記載のＸ－Ｙ駆動機構。
4. 前記第１レール、前記第２レール及び前記第３レールは、アルミニウム、あるいは、アルミニウム合金によって形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＸ－Ｙ駆動機構。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＸ－Ｙ駆動機構によって駆動される作業装置を備えた作業システムであって、
   前記第３レールには、前記作業装置を取り付けるための作業装置保持部が設けられていることを特徴とする作業システム。
6. 前記作業装置は、前記被作業対象物に設けられた複数の被作業部に対して作業を行う作業部と、
   前記複数の被作業部に対して前記作業部を進退させる進退機構と、を備えていることを特徴とする請求項５に記載の作業システム。

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