(57)【要約】  本マシンは、ガイド（Ｌ）付きのマシンボディ（１）と、第１アーム（Ａ）及び第２アーム（Ｂ）を有するマニピュレータと、を備える。マシンボディ（１）の片側にあるガイド（Ｌ）の内側には一連の要素、即ちマニピュレータを構成する諸要素が実装される。そのうち要素（Ｃ１）は第１アーム（Ａ）の一端及び第１ドライブ（Ａ１）を案内し、要素（Ｃ２）は第２アーム（Ｂ）の一端及び第２ドライブ（Ｂ１）を案内する。第１アーム（Ａ）及び第２アーム（Ｂ）の他端は自動整列形態で互いに連結する。ツールソケット（２）の運動域を示すエリアＰはサイドＸ及びＹによる矩形で括られる。サイドＸは案内要素（C１）及び（C２）のガイド（Ｌ）に対し平行である。第１アーム（Ａ）の長さＬ１及び第２アーム（Ｂ）の長さＬ２がサイドＹの長さに等しく、Ｌ１＝Ｙ及びＬ２＝Ｙの関係が成り立つ。ツールソケット（２）は、第１アーム（Ａ）・第２アーム（Ｂ）間自動整列形態連結軸に実装する。素材固定エリア（３）はマシンボディ（１）に不動形態で連結する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マシンボディと、そのガイドと、複数本のアームを有するマニピュレータと、そのアーム用のドライブと、ツールソケットと、そのツールソケットの運動域内に位置する素材固定エリアと、を備え、高精度ツール向けに使用されるツールマニピュレータ付きマシンであって、マシンボディ（１）の片側に位置するガイド（Ｌ）の内側に、マニピュレータを構成する要素として、第１アーム（Ａ）の一端及び第１ドライブ（Ａ１）を案内する要素（Ｃ１）と、第２アーム（Ｂ）の一端及び第２ドライブ（Ｂ１）を案内する要素（Ｃ２）と、を備え、第１アーム（Ａ）及び第２アーム（Ｂ）の他端が自動整列形態で互いに連結されていることを特徴とするマニピュレータ付きマシン。
【請求項２】
請求項１記載のツールマニピュレータ付きマシンであって、ツールソケット（２）の運動域を示すエリアＰがサイドＸ及びＹによる矩形で括られており、サイドＸが案内要素（C１）及び（C２）のガイド（Ｌ）に対し平行であり、第１アーム（Ａ）の長さＬ１及び第２アーム（Ｂ）の長さＬ２のうち少なくとも一方がサイドＹの長さ以上、即ちＬ１≧Ｙ、Ｌ２≧Ｙ又はその双方の関係が成り立つことを特徴とするツールマニピュレータ付きマシン。
【請求項３】
請求項１又は２記載のツールマニピュレータ付きマシンであって、ツールソケット（２）の運動域を示すエリアＰがサイドＸ及びＹによる矩形で括られており、サイドＸが案内要素（C１）及び（C２）のガイド（Ｌ）に対し平行であり、ガイド（Ｌ）の長さＬ３が第１アーム（Ａ）の長さＬ１、第２アーム（Ｂ）の長さＬ２及びサイドＸの長さの和以上、即ちＬ１＋Ｌ２＋Ｘ≦Ｌ３の関係が成り立つことを特徴とするツールマニピュレータ付きマシン。
【請求項４】
請求項１記載のツールマニピュレータ付きマシンであって、その素材固定エリア（３）がマシンボディ（１）に連結され可動連結部（４）を構成していることを特徴とするツールマニピュレータ付きマシン。
【請求項５】
請求項１又は４記載のツールマニピュレータ付きマシンであって、可動連結部（４）がドライブ（４ａ）を有することを特徴とするツールマニピュレータ付きマシン。
【請求項６】
請求項１、２又は３記載のツールマニピュレータ付きマシンであって、そのツールソケット（２）が、第１アーム（Ａ）・第２アーム（Ｂ）間自動整列形態連結部位に実装されていることを特徴とするツールマニピュレータ付きマシン。
【請求項７】
請求項１、２又は３記載のツールマニピュレータ付きマシンであって、そのツールソケット（２）が、第１アーム（Ａ）・第２アーム（Ｂ）間自動整列形態連結部位から外れた場所にて第１アーム（Ａ）又は第２アーム（Ｂ）に実装されていることを特徴とするツールマニピュレータ付きマシン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はツールマニピュレータ付きマシン、特に高精度ツール向けのマニピュレータ付きマシンに関する。適用可能なのは例えばレーザツール付きフラットメタルシートカッティングマシンである。
【背景技術】
【０００２】
表面処理マシン、特にメタルシートの処理に使用されるマシンでこれまで最も広く使用されてきたソリューションは、マニピュレータ内に配置したツールヘッドをクロスバー内のガイド内に実装しする一方、そのクロスバーをマシンボディ内のガイドに実装する、というものである。クロスバーの両側又は片側にはドライブが実装され、或いは１個のドライブでクロスバーの両側に力を伝達させるように構成される。ツールヘッドをＺ軸方向即ち上下方向に移動させると、そのツールヘッドは処理対象素材に接近し又はそこから離隔する。ツールヘッドが固定で、素材がＺ軸方向に動く構成も採りうる。ツールヘッドのＸ軸方向運動（Ｘ軸は水平面内）は、マシンの単一構成要素ボディ乃至複数構成要素ボディの両側で支持されているクロスバーの運動によって実行される。ツールヘッドのＹ軸方向運動（Ｙ軸は水平面内）は、クロスバーに実装されているマニピュレータのドライブによって実行される。Ｙ軸のドライブはＸ及びＹ両軸に沿いクロスバーと共に運動する。
【０００３】
特許文献１にはフラットメタルシートカッティングマシンでのソリューションが記載されている。このソリューションでは、マシンボディを貫く１本のビーム下にクロスバーが懸架されている。こうしたソリューションによれば、その生産に必要な素材及びディテイルの処理について共にセーブすることができる。なぜなら、その生産に際し、マシンボディ下でクロスバーが懸架されている場所のみが精密であればよいから、また使用するモータがクロスバーＹ中途のＸ軸モータだけでよいからである。特許文献１の特許請求の範囲には、１本のアームで一種のクロスバーを構成し、それを可摺動形態にてマシンボディ内で支持する、というソリューションが記載されている。
【０００４】
その動作原理上の共通点から見て、上掲の祖流ションに共通する特徴として、クロスバー自体の重量、クロスバー実装要素（ツールマニピュレータをＹ軸沿いに稼働させるのに必要な要素、例えばＹ軸モータやガイド）の重量、ツールヘッドの重量等による力及び曲げ要素の発生、という点がある。従来は、この種の問題に、十分に重量及び剛性のあるクロスバー及びマシンボディを使用する、という対策が採られていた。不要な力及び曲げモーメントの発生の効果を抑える手法としてはマシンのダイナミクスを低下させるという策もあるが、これは効率の低下につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２８３９６３号明細書（Ａ１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、従来から使用されているマシンのそれに比肩するマシンダイナミクスを保ちつつ、軽量構成且つ高信頼性なマシンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るマシンは、マシンボディと、そのガイドと、複数本のアームを有するマニピュレータと、そのアーム用のドライブと、ツールソケットと、そのツールソケットの運動域内に位置する素材固定エリアと、を備え、マシンボディの片側に位置するガイドの内側に、マニピュレータを構成する要素として、第１アームの一端及び第１ドライブを案内する要素と、第２アームの一端及び第２ドライブを案内する要素と、を備え、第１アーム及び第２アームの他端が自動整列形態で互いに連結されている構成である。本発明のより好適な構成は、ツールソケットの運動域を示すエリアＰがサイドＸ及びＹによる矩形で括られており、サイドＸが案内要素のガイドに対し平行であり、第１アームの長さＬ１及び第２アームの長さＬ２のうち少なくとも一方がサイドＹの長さ以上、即ちＬ１≧Ｙ、Ｌ２≧Ｙ又はその双方の関係が成り立つ構成である。本発明の別の好適な構成は、ツールソケットの運動域を示すエリアＰがサイドＸ及びＹによる矩形で括られており、サイドＸが案内要素のガイドに対し平行であり、ガイドの長さＬ３が第１アームの長さＬ１、第２アームの長さＬ２及びサイドＸの長さの和以上、即ちＬ１＋Ｌ２＋Ｘ≦Ｌ３の関係が成り立つ構成である。本発明のより好適な構成は、その素材固定エリアがマシンボディに連結され可動連結部を構成している構成である。本発明のより好適な構成は、その可動連結部がドライブを有する構成である。本発明のより好適な構成は、そのツールソケットが、第１アーム・第２アーム間自動整列形態連結軸に実装されている構成である。本発明の別の好適な構成は、そのツールソケットが、第１アーム・第２アーム間自動整列形態連結部位から外れた場所にて第１アーム又は第２アームに実装されている構成である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の有益な効果としては、従来から使用されているマシンのそれと比肩するダイナミクスを保ちつつ、軽量構成且つ高信頼性なマシンを提供できる点がある。本発明に係るソリューションにてこうした効果が実現されるのは、軸力発生がアームのみにて起こる一方、曲げモーメントが発生しなくなるからである。従って、従来はそれに実装されるツールソケットと共にＹ軸沿いに動いていたクロスバーをなくすことができる。これによって、ガイドを動かすのに必要なモータその他、Ｙ軸沿いで必要とされていた諸要素をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例１及び３に係るマシンレイアウト図である。
【図２】例２及び４に係るマシンレイアウト図である。
【図３】例５に係るマシンレイアウト図である。
【図４】例６に係るマシンレイアウト図である。
【図５】本発明に係るソリューションの空間配置を示すレイアウト図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［例１］
例１に係るマシンは、ガイドＬを有するマシンボディ１と、第１アームＡ及び第２アームＢを有するマニピュレータとを備えている。ガイドＬはボディ１の片側に位置しており、その内側には一連の要素、即ちマニピュレータを構成する要素群が配置されている。そのうち要素Ｃ１はアームＡの一端及び第１ドライブＡ１を案内し、要素Ｃ２はアームＢの一端及び第２ドライブＢ１を案内する。アームＡ及びＢの他端は、自動整列形態(self-aligning manner)にて互いに連結されている。ツールソケット２の運動域即ちエリアＰは、サイドＸ及びＹからなる矩形で括ることができる。サイドＸは案内要素Ｃ１及びＣ２のガイドＬに対し平行である。アームＡ及びＢの長さはサイドＹの長さと等しく、Ｌ１＝Ｙ及びＬ２＝Ｙの関係が成り立っている。この式中、Ｌ１は第１アームＡの長さ、Ｌ２は第２アームＢの長さである。ツールソケット２は、アームＡ及びＢ間の自動整列連結軸に実装されている。素材固定エリア３は、不動形態(immobile manner)にてボディ１に連結されている。
【００１１】
［例２］
例２に係るマシンは、ガイドＬを有するマシンボディ１と、第１アームＡ及び第２アームＢを有するマニピュレータとを備えている。ガイドＬはボディ１の片側に位置しており、その内側には一連の要素、即ちマニピュレータを構成する要素群が配置されている。そのうち要素Ｃ１はアームＡの一端及び第１ドライブＡ１を案内し、要素Ｃ２はアームＢの一端及び第２ドライブＢ１を案内する。アームＡ及びＢの他端は、自動整列形態にて互いに連結されている。ツールソケット２の運動域即ちエリアＰは、サイドＸ及びＹからなる矩形で括ることができる。サイドＸは案内要素Ｃ１及びＣ２のガイドＬに対し平行である。アームＡの長さがサイドＹの長さよりも大きくアームＢの長さがサイドＹの長さに等しいので、Ｌ１＞Ｙ及びＬ２＝Ｙの関係が成り立っている。この式中、Ｌ１は第１アームＡの長さ、Ｌ２は第２アームＢの長さである。ツールソケット２は、アームＡ及びＢ間の自動整列連結部位から外れた場所で、第１アームＡに実装されている。素材固定エリア３は、不動形態にてボディ１に連結されている。
【００１２】
［例３］
例３に係るマシンは、ガイドＬを有するマシンボディ１と、第１アームＡ及び第２アームＢを有するマニピュレータとを備えている。ガイドＬはボディ１の片側に位置しており、その内側には一連の要素、即ちマニピュレータを構成する要素群が配置されている。そのうち要素Ｃ１はアームＡの一端及び第１ドライブＡ１を案内し、要素Ｃ２はアームＢの一端及び第２ドライブＢ１を案内する。アームＡ及びＢの他端は、自動整列形態にて互いに連結されている。ツールソケット２の運動域即ちエリアＰは、サイドＸ及びＹからなる矩形で括ることができる。サイドＸは案内要素Ｃ１及びＣ２のガイドＬに対し平行である。ガイドＬの長さＬ３はアームＡ及びＢの長さ並びにサイドＸの長さの和と等しく、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｘ＝Ｌ３の関係が成り立っている。この式中、Ｌ１は第１アームＡの長さ、Ｌ２は第２アームＢの長さである。ツールソケット２は、アームＡ及びＢ間の自動整列連結部位から外れた場所で、第１アームＡに実装されている。素材固定エリア３は、不動形態にてボディ１に連結されている。
【００１３】
［例４］
例４に係るマシンは、ガイドＬを有するマシンボディ１と、第１アームＡ及び第２アームＢを有するマニピュレータとを備えている。ガイドＬはボディ１の片側に位置しており、その内側には一連の要素、即ちマニピュレータを構成する要素群が配置されている。そのうち要素Ｃ１はアームＡの一端及び第１ドライブＡ１を案内し、要素Ｃ２はアームＢの一端及び第２ドライブＢ１を案内する。アームＡ及びＢの他端は、自動整列形態にて互いに連結されている。ツールソケット２の運動域即ちエリアＰは、サイドＸ及びＹからなる矩形で括ることができる。サイドＸは案内要素Ｃ１及びＣ２のガイドＬに対し平行である。ガイドＬの長さＬ３はアームＡ及びＢの長さ並びにサイドＸの長さの和よりも大きく、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｘ＜Ｌ３の関係が成り立っている。この式中、Ｌ１は第１アームＡの長さ、Ｌ２は第２アームＢの長さである。ツールソケット２は、アームＡ及びＢ間の自動整列連結部位に実装されている。素材固定エリア３はマシンボディ１に連結されている。素材固定エリア３は、不動形態にてボディ１に連結されている。
【００１４】
［例５］
例５に係るマシンは、ガイドＬを有するマシンボディ１と、第１アームＡ及び第２アームＢを有するマニピュレータとを備えている。ガイドＬはボディ１の片側に位置しており、その内側には一連の要素、即ちマニピュレータを構成する要素群が配置されている。そのうち要素Ｃ１はアームＡの一端及び第１ドライブＡ１を案内し、要素Ｃ２はアームＢの一端及び第２ドライブＢ１を案内する。アームＡ及びＢの他端は、自動整列形態にて互いに連結されている。ツールソケット２は、アームＡ及びＢ間の自動整列連結部位に実装されている。素材固定エリア３はボディ１に連結されており、ドライブ４ａを有する可動連結部４を構成している。
【００１５】
［例６］
例６に係るマシンは、ガイドＬを有するマシンボディ１と、第１アームＡ及び第２アームＢを有するマニピュレータとを備えている。ガイドＬはボディ１の片側に位置しており、その内側には一連の要素、即ちマニピュレータを構成する要素群が配置されている。そのうち要素Ｃ１はアームＡの一端及び第１ドライブＡ１を案内し、要素Ｃ２はアームＢの一端及び第２ドライブＢ１を案内する。アームＡ及びＢの他端は、自動整列形態にて互いに連結されている。ツールソケット２は、アームＡ及びＢ間の自動整列連結部位から外れた場所で、第１アームＡに実装されている。素材固定エリア３はボディ１に連結されており、ドライブ４ａを有する可動連結部４を構成している。
【００１６】
本発明の諸例に係るマシンでは、第１ドライブＡ１及び第２ドライブＢ１としてリニアモータを使用することができる。電動モータ又は水圧式乃至油圧式サーボモータを使用するシステムを採用してもよい。ツールヘッドには、その用途に応じ、様々な種類のツールを装着できる。例えば、ウォータ、プラズマ乃至ガスカンターバンドソーのヘッド、カッティングプロッタヘッド等のツールである。
【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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【国際調査報告】
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