(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持台に一端部が軸支される第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し、
前記第２移動手段は、前記第１アームの他端部側であって、前記第２アームの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。
【請求項２】
請求項１記載の機械において、
前記作業ユニットに装着される伸縮自在な第１隔壁と、前記第１隔壁に連結され、前記ワークを囲繞するリジッドな第２隔壁とからなり、前記第１隔壁および前記第２隔壁により前記作業ユニットに装着された前記作業手段および前記ワークを収容するカバー部材を備えることを特徴とする作業機械。
【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、支持台に一端部が軸支される第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し、
前記第２移動手段は、前記第１アームの他端部側であって、前記第２アームの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１０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１８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２６ａ、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２８ａ、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４２、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５２ａ、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、５６ｂ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１０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、５２ｂ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、６２ｂを回転させる。そして、前記ナット部材６２ａ、６２ｂ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５２ａ、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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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