JP2004223635A - パラレルリンク機構の配線配管構造 - Google Patents

Abstract

【課題】パラレルリンク機構において、移動体の動きに追従して配線配管類を無理なく配線し、配線配管類の耐久性を向上させる配線配管構造を提供する。
【解決手段】配線配管類１１は、天井部７の上面中央からやや離れた位置に立設された支持板９に固定され、その後、最寄りの自在継手５に、自在継手５が揺動し位置が変わる障害とならないようにある程度の遊びをもって導かれる。自在継手５に導かれた配線配管類１１は、自在継手５における内側リングの側面にクランプ部材により固定されて機内に導かれた後、ボールネジ４の伸縮に障害とならないようにある程度の遊びをもってボールネジ４の連結スリーブ１８上にクランプ部材１９で固定される。そして、配線配管類１１は、ボールネジ４が揺動し位置が変わる障害とならないようにある程度の遊びをもって主軸頭２に継手２０にて接続される。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は産業用ロボット、バリ取り装置、工作機械等に用いられるパラレルリンク機構の移動体への配線配管構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パラレルリンク機構の作業機として、従来、図１１に示すように、加工空間を６軸方向へ自由に動き回る主軸頭２を装備した工作機械が知られている。この工作機械においては、基台となる天井部７に６つの自在継手５が配設されている。各自在継手５には、リンク部材として、伸縮アクチュエータであるボールネジ４の上端部が支持されるとともに、ボールネジ４を駆動するサーボモータ６が設置されている。
【０００３】
６本のボールネジ４の下端部には自在継手３を介して移動体としての主軸頭２が支持され、この主軸頭２に主軸８が回転可能に設けられている。そして、自在継手３と自在継手５との間のボールネジ４の長さを変えることにより、主軸頭２を加工空間の任意の姿勢で位置決めし、主軸８に取り付けた工具でテーブル１上のワークを加工するようになっている。
【０００４】
主軸頭２には、主軸駆動モータの給電線、制御信号線等の電気配線や、工具クランプ用の加圧油、軸受の潤滑油、冷却水又は切削水等の流体を供給するための配管が接続されている。従来、これらの電気配線や配管（以下「配線配管類」という）は図１２および図１３に示すように、天井部７に設けた継手５１と主軸頭２に設けた継手５２との間に可撓管５３を余裕を持たせて配管し、この可撓管５３に配線配管類を通していた。
同様に、特許文献１のように、天井部の略中央に設けたクランプ部材にクランプして配線配管類を垂下させ、所定の遊びを設けてから主軸頭へ引き回す発明も知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１２６９５４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の配線配管類の案内装置によると、長い可撓管５３やケーブル（以下「可撓管等」という）を機内に垂らしておくため、主軸頭２の移動に伴い、可撓管５３等がボールネジ４と接触して摩耗したり、可撓管５３等と継手５１、５２やクランプ部材との接続部が可撓管５３等の振れによる慣性力で破損したり、可撓管５３を通る配線配管類が多くなると管内を占める密度が高くなってお互いに擦れ断線するなど、装置の耐久性に問題があった。これらに加え、主軸頭２の移動領域が可撓管等の屈曲半径により制限されてしまっていた。また、工作機械では主軸頭２の運動精度が重要視されるが、可撓管５３等の慣性力が主軸頭にはたらき運動精度に影響を及ぼす恐れもあった。
【０００７】
そこで、本発明は、配線配管類をパラレルリンク機構の移動体の動きに無理なく追従させて耐久性、運動精度を向上しつつ、移動領域を確保する配線配管構造を提供することを目的としたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、配線配管類を、任意のリンク部材上の所定位置に、その動きの妨げとならないように遊びを持たせて支持させてから移動体に接続することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、配線配管類の耐久性を向上させるために、リンク部材上での配線配管類の支持位置を、基台に対する移動体の相対速度よりも低くなる位置、すなわち、より基台に近い位置としたものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の目的に加えて、配線配管類の耐久性や運動精度の向上を図るために、配線配管類を複数のリンク部材に分散して支持させたものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかの目的に加えて、主軸頭の移動領域を拡大するために、配線配管類を基台から弾性体で支持したものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかの目的に加えて、配線配管類の耐久性の一層の向上を図るために、配線配管類をリンク部材上での支持位置を中心に回転自在としたものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れかの目的に加えて、一つの配線配管経路に複数本の配線配管類を束ねて配線配管する場合において、耐久性の一層の向上を図るために、各配線配管類が直接接触しないように摺動低減機構を設けたものである。
【０００９】
なお、配線配管類とは、配線部材又は配管部材のみ、又は配線部材と配管部材とを束ねたもの、又はこれらを一管内に収めたものを指し、配線部材又は配管部材自体もそれぞれ一本から複数本を束ねた構成とすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜３は本発明の第１実施形態を示すものである。パラレルリンク機構の工作機械は、可撓管５３以外は図１１に示したものと同じで、天井部７に６つの自在継手５を介し６本のボールネジ４の上端部を支持し、各ボールネジ４の下端部に自在継手３を介し主軸頭２を支持して構成されている。
【００１１】
図１は、本発明の配線配管構造を示す説明図である。まず、配線配管類１１は、天井部７の上面で中央からやや離れた位置に立設された支持板９に固定され、その後、配線配管類１１は最寄りの自在継手５に、自在継手５が揺動し位置が変わる障害とならないようにある程度の遊びをもって導かれる。なお、天井部７での配線配管類１１は、このような支持板９を利用するものに限らず、天井部７の上面に直接固定したり、天井部７以外の機械本体の任意の位置に固定したりしても良い。
【００１２】
ここでの自在継手５は、図３に示すように、天井部７に固定される外側リング１２内に、中間リング１３と内側リング１４とを同軸で配置して、外側リング１２と中間リング１３、中間リング１３と内側リング１４とが夫々軸心と直交状に配置される一対のピン１５，１５により両端で支持されるジンバル構造となっており、内側リング１４と中間リング１３とは互いに直交する方向に回転するように、ピン１５，１５による支持方向が互いに直交している。この内側リング１４の上方にサーボモータ６が設けられて、内側リング１４内には、サーボモータ６の駆動によりネジ送りされるボールネジ４が同軸で貫通している。
【００１３】
よって、自在継手５に導かれた配線配管類１１は、自在継手５における内側リング１４の側面にクランプ部材１６により固定される。すなわち、中間リング１３と内側リング１４との間を通って機内に導かれることになる。クランプ部材１６は２つの部材で構成され、一方は内側リング１４に取り付けられ、他方は配線配管類１１を挟む格好で一方側に取り付けられる。
【００１４】
機内に導かれた配線配管類１１は、ボールネジ４の伸縮に障害とならないようにある程度の遊びをもってボールネジ４上に支持される。ここでのボールネジ４は、その同軸延長上に、下端が自在継手３に連結されるロッド１７を連結スリーブ１８を介して連結していることから、配線配管類１１はその連結スリーブ１８上でクランプ部材１９により固定される。クランプ部材１９は２つの部材で構成され、一方は連結スリーブ１８に取り付けられ、他方は配線配管類１１を挟む格好で一方側に取り付けられる。そして、配線配管類１１は、ボールネジ４が揺動し位置が変わる障害とならないようにある程度の遊びをもって主軸頭２に継手２０にて接続される。
【００１５】
このように上記形態の配線配管構造によれば、配線配管類１１を、任意の１のボールネジ４上の所定位置に、その動きの妨げとならないように遊びを持たせて支持させてから主軸頭２に接続しているから、配線配管類１１が定常的に他のものと接触することがなく、無理に引っ張られることが無いから断線が生じることはない。また、ボールネジ４は伸縮の動作をするので、クランプ部材１６，１９間の配線配管類１１は主にボールネジ４の軸方向の屈曲運動のみとなり、捩れが生じにくく寿命が向上する。さらに、パラレルリンク機構はシリアルリンク機構と異なり、各ボールネジ４の伸縮の合成速度が主軸頭２の速度となるので、各ボールネジ４の伸縮速度は主軸頭２の速度を上回ることがない。このため配線配管類１１を直接主軸頭２に接続するよりも作用する慣性力が減少し、耐久性の向上につながる。加えて、移動体の移動領域も十分確保可能となる。
【００１６】
図４，５は本発明の第２実施形態を示す説明図である。ここでは配線配管類１１を自在継手５に支持させずに、天井部７を貫通するクランプ部材３１によって天井部７に固定される。その後、クランプ部材３１から主軸頭２の位置姿勢の変化によって自在継手３とともに揺動し長さが変わるボールネジ４の動きの障害とならないように、配線配管類１１はある程度の遊びをもって連結スリーブ１８上にクランプ部材３２によって支持されている。クランプ部材３２は２つの部材で構成され、一方は連結スリーブ１８に取り付けられ、他方は配線配管類１１を挟む格好で一方側に取り付けられる。そして、配線配管類１１は、ボールネジ４が揺動し位置が変わる障害とならないように遊びをもって主軸頭２に継手３３にて接続されている。
【００１７】
この形態においても、配線配管類１１が定常的に他のものと接触することがなく、無理に引っ張られることが無いから断線が生じない、等の先の形態と同様の作用効果が得られる。特に、この配線配管構造によれば、ボールネジ４上の支持点を少なくすることで配線配管類１１の必要な長さを縮めることが可能となる。配線配管類１１の長さが短くなれば、配線配管類１１の取り回しのために利用する領域が減るため、主軸頭２の移動領域を増やすことができる。
【００１８】
図６は、本発明第３〜第５実施形態を同時に実現した図であり、この図を用いて第３〜第５実施形態について説明する。第１、２実施形態では、一本にまとめた配線配管類１１を、１のボールネジ４を経由して取り回していたが、第３実施形態では、配線配管類１１を複数に分散し、各配線配管類１１，１１・・を夫々別のボールネジ４，４・・を経由して取り回している。このように分散することによって、１組あたりの重量を軽減し作用する慣性力を減らすことと、主軸頭２に作用する力のバランスをとることができ、耐久性や運動精度の向上につながる。
【００１９】
第４実施形態は、天井部７のクランプ部材４１を貫通した配線配管類１１が、外装された係止リング４２を介して弾性体４３（ここでは引張コイルバネ）によって、天井部７に設けた係止具４４から吊下支持されていることを特徴とし、この弾性体４３により配線配管類１１は、図７，８に示すように、ボールネジ４や主軸頭２に接触することがない方向に支持され、主軸頭２の移動領域を拡大することが可能となる。また、図６では１のボールネジ４を支持する弾性体４３は１本としたが、複数本としてもよい。
【００２０】
第５実施形態では、経由場所となる連結スリーブ１８上で配線配管類１１を先の形態と同様に２つの部材で固定するクランプ部材４５を、クランプ部材４５の取り付けに対して垂直な軸回り（図６に矢印で示す）に回転自在としたことを特徴とする。配線配管類１１の受ける力を回転運動として分散させ耐久性の向上を図るものである。４６は主軸頭２への継手である。
【００２１】
図９，１０は第６実施形態を示す説明図である。配線配管類を複数本束ねた場合、各配線配管類がお互いに直接擦れ合わないように、摺動低減機構を設けて接触を避けている。図９の形態では、摺動低減機構となる半割の保護材５２，５３を、各配線配管類５１において接触しやすい部分に取り付けたもので、この保護材５２，５３は十分な柔軟性を備え、配線配管類５１の動きの妨げとはならないようになっている。なお、保護材５２，５３同士が擦れ合い損傷した場合は、配線配管類５１はそのままで保護材５２，５３のみを交換すれば良い。
また、図１０の形態では、各配線配管類５４にクランプ部材５５を取り付け、各クランプ部材５５間を弾性体５６（ここではコイルバネ）で連結することで摺動低減機構を構成している。この弾性体５６による緩やかな連結によりクランプ部分の急激な屈曲を和らげ、お互いの擦れ合いを防ぐことにより耐久性の向上を図ることができる。
なお、摺動低減機構としては、これ以外に、例えば螺旋状のチューブを配線配管類に巻き付けたりする等、配線配管類の直接接触を防止可能であれば、具体的な構造は適宜変更可能である。
【００２２】
なお、これらの第１〜第６の各形態は、任意に組み合わせて実施可能で、例えば第１形態の自在継手５におけるクランプ部材１６も第５形態のように取付軸回りに回転可能としたり、分散させた配線配管類１１の一部を第１形態のように自在継手５にクランプし、他を天井部７を貫通させて弾性体４３で吊下支持させたり等の設計変更は可能で、第１〜第５形態の配線配管類が複数本を束ねた形態であれば第６形態の摺動低減機構を採用することもできる。
また、ボールネジ４等のリンク部材上での配線配管類の支持位置やその数、具体的な支持構造等も、上記形態に限らず適宜変更可能で、例えばリンク部材上での支持位置を３箇所以上設けることもできる。
【００２３】
但し、リンク部材上での配線配管類の支持位置は、基台に対する移動体の相対速度よりも低くなる位置に設けるのが望ましい。例えば、上記形態においては、ボールネジ４上のｎ箇所で配線配管類１１を支持させる場合、天井部７に対する主軸頭２の相対速度のおおよそａ／（ｎ＋１）、｛ただしａは１〜ｎまでの整数｝となるように天井部７側から順にボールネジ４での支持位置を選べば良い。よって、例えば２箇所で支持する場合、第１支持位置は天井部７に対する主軸頭２の相対速度が１／３程度となるボールネジ４上で、第２支持位置は相対速度が２／３となるボールネジ４上とし、天井部７に導かれた配線配管類を第１支持位置、第２支持位置と順番に経由し主軸頭２に接続する。このように支持位置を配慮することによって、経由位置の前後での急激な速度変化をさけて配線配管類の耐久性を向上させることができる。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、配線配管類が定常的に他のものと接触することがなく、無理に引っ張られることが無いから断線が生じることはない。また、リンク部材が伸縮の動作をしても、配線配管類は主にリンク部材の軸方向の屈曲運動のみとなり、捩れが生じにくく寿命が向上する。さらに、パラレルリンク機構はシリアルリンク機構と異なり、各リンク部材の合成速度が移動体の速度となるので、各リンク部材の移動速度は移動体の速度を上回ることがない。このため配線配管類を直接移動体に接続するよりも作用する慣性力が減少し、耐久性の向上につながる。加えて、移動体の移動領域も十分確保可能となる。
【００２５】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、リンク部材上での配線配管類の支持位置を、基台に対する移動体の相対速度よりも低くなる位置としたことで、配線配管類の耐久性を向上させることができる。
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加えて、配線配管類を複数のリンク部材に分散して支持させたことで、配線配管類の耐久性や運動精度の向上を図ることができる。
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れかの効果に加えて、配線配管類を基台から弾性体で支持したことで、主軸頭の移動領域を拡大することができる。
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の何れかの効果に加えて、配線配管類をリンク部材上での支持位置を中心に回転自在としたことで、配線配管類の耐久性の一層の向上を図ることができる。
請求項６に記載の発明によれば、請求項１乃至５の何れかの効果に加えて、複数本の配線配管類を束ねた場合に配線配管類の耐久性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を適用したパラレルリンク機構の正面図である。
【図２】図１の動作説明図である。
【図３】自在継手の説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態を適用したパラレルリンク機構の正面図である。
【図５】図４の動作説明図である。
【図６】本発明の第３〜第５実施形態を適用したパラレルリンク機構の斜視図である。
【図７】図６の動作説明図である。
【図８】図６の動作説明図である。
【図９】本発明の第６実施形態の摺動低減機構の説明図である。
【図１０】摺動低減機構の変更例の説明図である。
【図１１】パラレルリンク機構の工作機械の斜視図である。
【図１２】従来のパラレルリンク機構における配線配管構造を示す正面図である。
【図１３】図１２の動作説明図である。
【符号の説明】
１・・テーブル、２・・主軸頭、３，５・・自在継手、４・・ボールネジ、６・・サーボモータ、７・・天井部、８・・主軸、１１・・・配線配管類、１６，１９，３１，３２，４１，４５・・クランプ部材、１８・・連結スリーブ、４３・・弾性体。

Claims (6)

1. 基台と移動体とを有し、両者間を複数のリンク部材で並列に結合すると共に、配線配管類を前記基台を通して前記移動体に導き、前記各リンク部材を駆動することにより前記移動体の位置や姿勢を自由に変化させるパラレルリンク機構の配線配管構造であって、
   前記配線配管類を、任意のリンク部材上の所定位置に、その動きの妨げとならないように遊びを持たせて支持させてから前記移動体に接続することを特徴とするパラレルリンク機構の配線配管構造。
2. リンク部材上での配線配管類の支持位置を、基台に対する移動体の相対速度よりも低くなる位置とした請求項１に記載のパラレルリンク機構の配線配管構造。
3. 配線配管類が複数のリンク部材に分散して支持されている請求項１又は２に記載のパラレルリンク機構の配線配管構造。
4. 配線配管類が基台から弾性体で支持されている請求項１乃至３の何れかに記載のパラレルリンク機構の配線配管構造。
5. 配線配管類をリンク部材上での支持位置を中心に回転自在とした請求項１乃至４の何れかに記載のパラレルリンク機構の配線配管構造。
6. 複数本の配線配管類を束ねた構造においては、各配線配管類が直接接触しないように摺動低減機構を設けた請求項１乃至５の何れかに記載のパラレルリンク機構の配線配管構造。

Images