JPH10263965A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】作業ユニットを移動させる機構を軽量化すると
ともに、当該機構に対する負担を軽減し、工具の位置決
めを容易、迅速且つ高精度に行うことのできる作業機械
を提供する。 【解決手段】移動モータ５２ａ、５２ｂの駆動作用下に
ボールねじ６４ａ、６４ｂを進退移動させることで、リ
ング部材７０ａ、７０ｂを介してスピンドルユニット３
４を矢印Ｘ方向およびＹ方向に移動させ、前記スピンド
ルユニット３４に装着された工具Ｔを所定位置に位置決
めする。この際、前記スピンドルユニット３４に連結さ
れた第１アーム２４および第２アーム３０がともに移動
する。次いで、第１アーム２４の枢軸２５に装着された
Ｚ軸モータ３２を駆動することにより、ボールねじ４２
が回転し、ナット部材４４を介してスピンドルユニット
３４がＺ方向に移動する。そこで、主軸モータ３８を駆
動して工具Ｔを回転させ、ワークに対して所望の加工を
遂行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作業手段を有する
作業ユニットを自在に移動させ、ワークに対して所定の
作業を行う作業機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、作業対象であるワークに対し
て、工具やクランプ機構等の作業手段を保持した作業ユ
ニットを移動させて所定位置に位置決めさせた後、前記
作業手段を駆動して所望の作業を行うようにした作業機
械が使用されている。この作業機械では、通常、複数の
スライドテーブルに前記作業ユニットを支持させ、前記
スライドテーブルを直交する３軸方向に移動させること
により、前記作業ユニットに保持された作業手段をワー
クの所定位置に位置決めするようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記複数の
スライドテーブルは相当な重量物となるため、作業ユニ
ットを所定位置まで移動させる駆動手段に対する負担が
大きいだけでなく、その位置決め精度を維持するために
種々の技術が必要となる。また、装置が重量化すると、
振動を抑制することが困難となる不具合が生じる。さら
に、作業機械自体が大型化する不具合もある。

【０００４】前記の不具合を解消し得るものとして、例
えば、特開平５−１１１８９４号公報に開示された従来
技術では、基端連結アームの端部に先端連結アームを軸
支し、前記先端連結アームの端部に作業ヘッドを装着
し、前記基端連結アームと前記先端連結アームとの結合
部分にロータリシリンダを配設し、このロータリシリン
ダを駆動することにより、垂直な平面内で前記先端連結
アームを前記基端連結アームに対して移動させ、作業ヘ
ッドを任意の位置に設定するように構成している。

【０００５】しかしながら、この従来技術では、水平方
向に対して作業ヘッドを移動させる機構を備えておら
ず、従って、作業ヘッドを３次元的に移動させる場合に
おいて、前記の問題を完全に解消し得るものではない。
すなわち、基端連結アームおよび先端連結アームの移動
方向と直交する方向に作業ヘッドを移動させる機構を当
該従来技術に組み込んだ場合、前記作業ヘッドを含む前
記機構が相当に重量化するおそれがある。そのため、こ
れらのアームのみによって作業ヘッドを安定して支持で
きる保証が必ずしも得られるものではない。

【０００６】一方、本出願人は、作業機械の軽量化を目
的として、スライドテーブルを一切無くし、一平面内で
移動可能な支持アームによってスピンドルユニットを支
持するとともに、スピンドルユニットを前記一平面に直
交する方向に移動させる移動手段を前記支持アームの端
部に設けることにより、スピンドルユニットを容易に所
望の位置まで移動可能とした技術を提案している（特願
平８−３０８４３８号参照）。

【０００７】本発明は、前記の技術をさらに改良したも
ので、作業ユニットを移動させる機構を軽量化するとと
もに、当該機構に対する負担を軽減し、作業手段の位置
決めを容易、迅速且つ高精度に行うことのできる作業機
械を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明は、支持台と、一端部が前記支持台に軸支
される第１アームと、前記第１アームの他端部に軸支さ
れ、一平面内で移動可能な自由端部を有する第２アーム
と、前記一平面と直交する方向に対して進退自在な状態
で前記第２アームの前記自由端部に装着され、ワークに
対して所定の作業を行うための作業手段を有する作業ユ
ニットと、前記支持台および前記自由端部を連結し、前
記一平面内で前記自由端部を所定位置に移動させる第１
移動手段と、前記作業ユニットを前記一平面と直交する
方向に対して進退自在に移動させる第２移動手段と、を
備え、前記第２移動手段は、前記第１アームの他端部に
配設される駆動部と、前記駆動部による駆動作用により
前記作業ユニットを進退動させるため前記駆動部および
前記作業ユニットを連結する連結機構とからなることを
特徴とする。

【０００９】この場合、第１移動手段の作用下に作業ユ
ニットが一平面内の所望の位置まで移動する。また、作
業ユニットは、第２移動手段によって前記一平面に対し
て直交する方向に移動する。そして、この作業ユニット
に装着された作業手段がワークの所望の位置に位置決め
された後、加工等の作業が遂行される。ここで、前記第
２移動手段を構成する重量物からなる駆動部は、支持台
と作業ユニットとを連結する第１アームによってその重
量の一部が支持されているため、第１移動手段に対する
負担を極めて小さなものとすることができる。従って、
第１移動手段の構成を簡素化でき、また、作業手段のワ
ークに対する位置決めを容易且つ高精度に行うことがで
きる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本実施形態の作業機械１
０を示す。この作業機械１０は、第１基台１２と、前記
第１基台１２上に配設される第２基台１４ａ、１４ｂ
と、前記第２基台１４ａ、１４ｂ上に配設される第３基
台１６と、前記第３基台１６上に配設される第４基台１
８とを支持台として備える。

【００１１】第４基台１８上には、矢印Ｚ方向に２つの
ブラケット２０ａ、２０ｂが配設され、このブラケット
２０ａ、２０ｂには、図２に示すように、軸部材２２を
介して第１アーム２４の一端部が軸支される。なお、軸
部材２２と第１アーム２４との間には、ベアリング２６
ａ、２６ｂが配設される。第１アーム２４の他端部には
枢軸２５が装着され、この枢軸２５に対しベアリング２
８ａ、２８ｂを介して第２アーム３０が軸支される。

【００１２】第２アーム３０は、第１アーム２４に対す
る枢軸２５と同軸状態で、第２移動手段の駆動部を構成
するＺ軸モータ３２を内包する。また、第２アーム３０
の自由端部には、矢印Ｚ方向に進退自在なスピンドルユ
ニット３４が装着される。このスピンドルユニット３４
は、先端部にワークに対して所望の作業を行う工具Ｔを
備え、後端部に前記工具Ｔを回転駆動するための主軸モ
ータ３８を備える。そして、スピンドルユニット３４
は、前記Ｚ軸モータ３２により矢印Ｚ方向に進退自在に
構成される。

【００１３】すなわち、Ｚ軸モータ３２の駆動軸４０に
は、ボールねじ４２が連結されており、ボールねじ４２
は、主軸モータ３８に連結されたブラケット４３に固定
されるナット部材４４に螺合している。ボールねじ４
２、ナット部材４４およびブラケット４３は、連結機構
を構成し、前記連結機構およびＺ軸モータ３２は、第２
移動手段を構成する。なお、第２アーム３０とブラケッ
ト４３との間には、ボールねじ４２と平行にガイドバー
４６が配設される。

【００１４】一方、第４基台１８には、軸部材４８ａ、
４８ｂを介してブラケット５０ａ、５０ｂが軸支され
る。ブラケット５０ａ、５０ｂには、移動モータ５２
ａ、５２ｂが装着される。各移動モータ５２ａ、５２ｂ
の駆動軸５４ａ、５４ｂには、図３に示すように、プー
リ５６ａ、５６ｂが装着される。各プーリ５６ａ、５６
ｂには、ベルト５８ａ、５８ｂを介してプーリ６０ａ、
６０ｂが連結される。また、プーリ６０ａ、６０ｂに
は、ナット部材６２ａ、６２ｂが一体的に連結される。
そして、前記ナット部材６２ａ、６２ｂに対して第１移
動手段を構成するボールねじ６４ａ、６４ｂが螺合す
る。

【００１５】各ボールねじ６４ａ、６４ｂは、端部が第
２アーム３０の外周部にベアリング６６ａ、６６ｂを介
して装着されたリング部材７０ａ、７０ｂに固定され
る。リング部材７０ａ、７０ｂは、Ｚ軸を中心として第
２アーム３０に対して夫々独立に回転する。

【００１６】次に、前記のように構成される作業機械１
０の動作について説明する。

【００１７】先ず、ワークに対するＸ−Ｙ平面での工具
Ｔの位置決めを行う。すなわち、移動モータ５２ａ、５
２ｂの各駆動軸５４ａ、５４ｂを回転させることによ
り、プーリ５６ａ、５６ｂ、ベルト５８ａ、５８ｂおよ
びプーリ６０ａ、６０ｂを介してナット部材６２ａ、６
２ｂを回転させる。そして、前記ナット部材６２ａ、６
２ｂに螺合するボールねじ６４ａ、６４ｂをその軸線に
沿って所定量進退移動させる。この場合、前記ボールね
じ６４ａ、６４ｂの端部は、リング部材７０ａ、７０ｂ
に固定される一方、前記リング部材７０ａ、７０ｂが第
２アーム３０の外周部にベアリング６８ａ、６８ｂを介
して回動可能に装着されているため、第２アーム３０を
介してスピンドルユニット３４が、図３に示す２点鎖線
の範囲内で矢印Ｘ方向及びＹ方向の所望の位置まで移動
されることになる。

【００１８】なお、スピンドルユニット３４のＸ−Ｙ平
面内での移動に伴い、それを支持する第１アーム２４が
軸部材２２を中心として回転するとともに、第２アーム
３０が枢軸２５を中心として回転する。従って、第１ア
ーム２４および第２アーム３０は、スピンドルユニット
３４の移動に伴って、例えば、図３〜図５の各状態に変
位する。

【００１９】次に、スピンドルユニット３４がＸ−Ｙ平
面内の所定の位置に位置決めされた後、Ｚ軸モータ３２
が駆動され、スピンドルユニット３４が矢印Ｚ方向に進
退する。すなわち、Ｚ軸モータ３２が駆動されると、そ
の駆動軸４０を介してボールねじ４２が回転し、それに
螺合するナット部材４４を介してブラケット４３が矢印
Ｚ方向に移動する。前記ブラケット４３には、スピンド
ルユニット３４が連結されているため、スピンドルユニ
ット３４は、ガイドバー４６に案内された状態で、ブラ
ケット４３の移動動作に伴い第２アーム３０を介して矢
印Ｚ方向に移動する。そして、主軸モータ３８が駆動さ
れることで、工具Ｔによるワークに対する穴明け加工等
の所望の作業処理が行われる。

【００２０】ここで、スピンドルユニット３４を矢印Ｚ
方向の所定の位置まで移動させるＺ軸モータ３２は、第
４基台１８とスピンドルユニット３４とを連結する第１
アーム２４および第２アーム３０間の枢軸２５に対して
同軸状に配設されている。この場合、図３〜図５に示す
ように、スピンドルユニット３４の各位置において、前
記Ｚ軸モータ３２およびスピンドルユニット３４の重量
の一部（特に、図４の状態では、重量の殆どの部分）が
第１アーム２４によって支持されるため、第１移動手段
を構成するボールねじ６４ａ、６４ｂや移動モータ５２
ａ、５２ｂに対する負担を軽減することができる。従っ
て、第１移動手段は、極めて負担の少ない状態でスピン
ドルユニット３４を支持することができる。

【００２１】この結果、前記第１移動手段は、ワークに
対して容易且つ迅速に工具Ｔを位置決めすることができ
る。また、前記の位置決め状態は、ボールねじ６４ａ、
６４ｂと、第１アーム２４および第２アーム３０とによ
って確保されているため、ワークに対して高精度且つ安
定した状態で加工を行うことができる。

【００２２】図６および図７は、上述した実施形態にお
ける作業機械１０に対して、工具ＴによるワークＷの切
削屑やカッチングオイルの飛散を防止するためのカバー
７２を装着した状態を示したものである。この場合、ワ
ークＷは、第３基台１６上に配設された治具７４によっ
て支持され、前記第３基台１６に固定されたカバー７２
によって囲繞される。

【００２３】カバー７２は、ワークＷの上部、両側部お
よびスピンドルユニット３４から離間した背面部に夫々
配設されるリジッドな透明状の隔壁７６と、スピンドル
ユニット３４の先端外周部に配設される伸縮自在な透明
状の隔壁７８とから基本的に構成される。リジッドな隔
壁７６は、ワークＷの着脱を行うため、側部が取手７７
によって開閉可能に構成されている。また、隔壁７６の
下部は、通路８０を介して第１基台１２上に配設された
パン８２に連通しており、このパン８２により加工で生
じた切削屑やカッチングオイルが受容される。伸縮自在
な隔壁７８としては、例えば、ＰＥ（Polyethlene ）系
ゲル材料である「コスモゲル」（商品名、株式会社コス
モ計器製）を使用することができる。なお、「コスモゲ
ル」は、ポリエチレンとスチレンの共重合体を主剤と
し、パラフィン系９８％、ナフテン系２％のオイルを使
用したものである。

【００２４】前記のように構成したカバー７２におい
て、スピンドルユニット３４をＸ−Ｙ平面内で移動させ
て位置決めを行う際、および、スピンドルユニット３４
をＺ方向に移動させてワークＷに対する加工を行う際、
隔壁７８がＸ、Ｙ、Ｚ方向に自由に伸縮する。この場
合、スライドする複数の板部材によって隔壁を構成する
従来のカバー構造では、上下左右方向に複数の板部材を
配設するために相当なスペースを必要としていたが、本
実施形態では、スピンドルユニット３４の移動範囲に近
い範囲でカバー７２を構成することができるため、装置
の小型化を容易に達成することができる。しかも、軽量
で且つ伸縮性に富むため、スピンドルユニット３４の動
作の高速性を十分に維持することができる。

【００２５】なお、上述した実施形態では、工具Ｔを備
えたスピンドルユニット３４を例に説明したが、作業ユ
ニットとして、ナットランナーを回転させるスピンドル
ユニットあるいはパーツを把持するロボットハンド等の
他の作業手段を備えたものであってもよいことは勿論で
ある。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明では、作業ユニッ
トをＺ方向に移動させるための第２移動手段を第１アー
ムおよび第２アームによって支持する構成とすることに
より、前記作業ユニットをＸ、Ｙ方向に移動させる第１
移動手段に対する負担を軽減させることができる。従っ
て、前記第１移動手段の構成を簡易なものとし、作業ユ
ニットを容易、正確且つ迅速に所定の位置に移動させる
ことができる。また、機械全体が軽量化できるため、駆
動手段に対する負担を軽減できるとともに、機械の小型
化を容易に達成し、しかも、不必要な振動の発生を可及
的に回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の作業機械の斜視構成図である。

【図２】本実施形態の作業機械の側面断面構成図であ
る。

【図３】本実施形態の作業機械の一部断面正面図であ
る。

【図４】本実施形態の作業機械の正面図である。

【図５】本実施形態の作業機械の正面図である。

【図６】本実施形態の作業機械に対してカバーを装着し
た状態の側面一部断面図である。

【図７】本実施形態の作業機械に対してカバーを装着し
た状態の正面一部断面図である。

【符号の説明】

１０…作業機械 １２…第１基台 １４ａ、１４ｂ…第２基台 １６…第３基台 １８…第４基台 ２４…第１アー
ム ３０…第２アーム ３２…Ｚ軸モー
タ ３４…スピンドルユニット ３８…主軸モー
タ ４２、６４ａ、６４ｂ…ボールねじ ４４、６２ａ、
６２ｂ…ナット部材 ４６…ガイドバー ５２ａ、５２ｂ
…移動モータ ７０ａ、７０ｂ…リング部材 Ｔ…工具

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】支持台と、 一端部が前記支持台に軸支される第１アームと、 前記第１アームの他端部に軸支され、一平面内で移動可
   能な自由端部を有する第２アームと、 前記一平面と直交する方向に対して進退自在な状態で前
   記第２アームの前記自由端部に装着され、ワークに対し
   て所定の作業を行うための作業手段を有する作業ユニッ
   トと、 前記支持台および前記自由端部を連結し、前記一平面内
   で前記自由端部を所定位置に移動させる第１移動手段
   と、 前記作業ユニットを前記一平面と直交する方向に対して
   進退自在に移動させる第２移動手段と、 を備え、前記第２移動手段は、前記第１アームの他端部
   に配設される駆動部と、前記駆動部による駆動作用によ
   り前記作業ユニットを進退動させるため前記駆動部およ
   び前記作業ユニットを連結する連結機構とからなること
   を特徴とする作業機械。
2. 【請求項２】請求項１記載の機械において、 前記第１移動手段は、前記支持台および前記自由端部を
   連結する一対のボールねじ機構からなり、各ボールねじ
   機構を構成するボールねじの変位量によって前記作業ユ
   ニットの前記一平面内での位置を設定することを特徴と
   する作業機械。