JP4490870B2 - ワークポジショナ用の旋回アーム - Google Patents

Description

この発明は、溶接作業や組立作業等の際に、ワークを任意の姿勢に位置決めするために使用するワークポジショナ用の旋回アームに関する。

ワークを溶接したり、組み立てたりするために、２軸または３軸のワークポジショナを使用することがある（たとえば特許文献１、２）。

３軸のワークポジショナは、コラムの前面に上下動可能な回転ベースを装着し、回転ベース上に偏心させて水平に立設する旋回アームの先端に、別の回転機構を介してワークを搭載する。そこで、このものは、コラムに沿う上下方向の移動と、回転ベースを回転させることによる旋回アームの旋回と、回転機構によるワークの回転との３軸の動作を組み合わせることにより、ワークを任意の姿勢に駆動することができる。また、２軸のワークポジショナは、３軸のワークポジショナの動作のうち、上下方向の移動を省略したものであり、ワークの反転装置としても使用することができる。

かかるワークポジショナの旋回アームは、ワークと、ワークを回転させる回転機構とを片持ち支持する必要があるため、必要十分な剛性を有するように、たとえば大形の角筒材を使用して製作するのが普通である（図７）。ただし、図７において、旋回アーム１は、回転ベース２の前面に対し、ブラケット３を介して回転ベース２の中心から偏心させて立設されている。また、ワークは、旋回アーム１の先端に付設する図示しない回転機構上に搭載するものとする。
特開２００２−１７２４８６号公報 特開平１０−１４６６７５号公報

かかる従来技術によるときは、旋回アームは、単一の角筒材から構成されているから、たとえば旋回アームの長さが１ｍ以上であり、ワークの重量が数ｔ以上にも及ぶような大形機の場合、旋回アーム自体の形状が過大となり、実用的でなくなることが少なくないという問題があった。

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、複数の角筒材を組み合わせることによって、全体形状を極端に大きくすることなく、必要な剛性を容易に実現することができるワークポジショナ用の旋回アームを提供することにある。

かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、コラム上の回転ベースに固定するブラケットと、ブラケットを介し、回転ベースの中心から偏心させて回転ベースの前面に突設するアーム本体とを備えてなり、アーム本体は、複数の角筒材を一体に接合して全体断面を縦長の四角形に形成し、ブラケットは、回転ベースに固定するベース板と、アーム本体の基部を挟み込むようにしてベース板に立設する左右一対の連結板と、ベース板と各連結板とに共通に接合する複数の補強板とを有し、アーム本体は、取付板を介してワーク搭載用の回転機構を先端面に装着し、上下方向の約半分が回転ベースの外周から突出し、コラム用の左右の脚部の間にまで下降させ得ることをその要旨とする。

なお、補強板は、アーム本体の軸線より上方の連結板の両外側に上下多段に、かつ左右対称に配設することができる。

また、アーム本体は、角筒材の外部に露出する隣接角部を連続的にフレア溶接して一体に接合してもよい。

かかる発明の構成によるときは、アーム本体を形成する複数の角筒材は、一体に接合されているから、全体形状を大きくしなくても、僅かな重量増だけで全体剛性を有効に向上させることができる。たとえば、断面積１／２の２本の角筒材を左右に並べて接合するとき、１５〜２０％の重量増となるが、全体剛性を少なくとも１０％以上向上させることができる。なお、複数の角筒材は、たとえば２本を左右に組み合わせ、または４本を上下左右に組み合わせ、外部に露出する隣接角部を連続的にフレア溶接して一体に接合することが好ましい。ただし、各角筒材の角部は、隣接する他の角筒材の角部との間において、円弧と円弧によるフレア継手の開先を形成するように、外面を円弧状に丸めて形成するものとする。なお、複数の角筒材は、同一断面形状のものを組み合わせてもよく、異なる断面形状のものを組み合わせてもよい。また、角筒材は、２本以上の任意の本数を組み合わせることができる。

アーム本体を回転ベースに突設するブラケットは、ベース板と、左右一対の連結板と、各複数の補強板とを組み合わせることにより、ベース板に対するアーム本体の取付強度を十分大きくすることができる。アーム本体の先端に負荷されるワークの重量は、アーム本体に対して下向きの曲げモーメントを発生させるが、各連結板、補強板は、この曲げモーメントに起因する引張力に対し、容易に対抗することができるからである。なお、ベース板は、縦長の長方形とし、各補強板は、アーム本体の軸線より上方に多段に設けることが好ましい。

アーム本体は、長手方向に分割し、バックプレートを介して接続し、またはフランジを介して接続すると、バックプレートまたはフランジにより、いわゆる節を各角筒材に作ることができ、全体剛性をさらに向上させることができる。各角筒材は、過大な曲げモーメントが負荷されても、断面形状が変形し難くなり、つぶれ難くなるからである。

以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。

ワークポジショナ用の旋回アームは、ブラケット１０と、アーム本体２０とを備えてなる（図１、図２）。ただし、図１（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ全体側面図、全体上面図であり、図２（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ図１（Ａ）のＸ−Ｘ線矢視断面図、Ｙ矢視相当図である。

アーム本体２０は、同一断面の２本の角筒材２１、２１を左右に並べて接合し、全体として縦長の四角形断面に形成されている。なお、角筒材２１、２１は、互いに隣接する上下の角部を全長に亘ってフレア溶接することにより（図２（Ａ）の上向き、下向きの矢印位置）、一体に接合されている。アーム本体２０の基部には、ブラケット１０が付設されており、アーム本体２０の先端には、図示しないワーク搭載用の回転機構を取り付けるために、取付板２３が付設されている。取付板２３の前面には、回転機構を位置決め固定するために、水平方向のキー溝２３ａが形成されている。

ブラケット１０は、縦長の長方形のベース板１１と、左右一対の連結板１２、１２と、ベース板１１と各連結板１２とに共通に接合する複数の補強板１３、１３…とを組み合わせて構成されている。連結板１２、１２は、アーム本体２０を挟み込むようにしてベース板１１の長手方向に左右対称に立設されている。各連結板１２は、ベース板１１の長辺より十分に長く、上端がベース板１１の上端に一致し、下端がベース板１１の下方に突出している。また、各連結板１２の高さｈ2 は、アーム本体２０と接合する下部においてベース板１１と平行な最大値となり、アーム本体２０の上方は、斜辺を含んで段階的に小さくなっている。ただし、ベース板１１の下方から突出する連結板１２の後側は、アーム本体２０との接合部分を残して斜めに切り上げられている。

連結板１２、１２の上端部は、上板１４を介して連結され、前側には、連結板１２、１２の高さｈ2 の変化に合わせて屈曲する前面板１５が取り付けられている。また、ベース板１１の下に突出する連結板１２、１２の後側は、斜めの後板１６を介して連結されている。なお、後板１６は、ベース板１１の下端の短辺とアーム本体２０の下辺の全幅とを結ぶために下向きの台形に形成され、上辺には、アーム本体２０の全幅に近い範囲に切欠き１６ａが形成されている。また、ベース板１１には、縦長の孔１１ａが形成され、ベース板１１の周囲には、多数の取付用の段付きのボルト孔１１ｂ、１１ｂ…が前面側から形成されている。ベース板１１の後面には、ブラケット１０を位置決め固定するために、水平方向のキー溝１１ｃ、１１ｃが孔１１ａの左右に一直線状に形成されている。

補強板１３、１３…は、連結板１２、１２の両外側において、上下多段に、かつ左右対称に配設されている。補強板１３、１３…は、各連結板１２の高さｈ2 の変化に合わせて、連結板１２方向の高さｈ3 ＜ｈ2 を上から下に段階的に大きくする板片であって、ベース板１１側、連結板１２側の各辺がベース板１１の前面、連結板１２の外側面に溶接されて接合されている。ただし、各補強板１３の前部外側は、斜めに切り欠かれ、ベース板１１、連結板１２の接合部に対応する角部は、小さく斜めに切り欠かれている。補強板１３、１３…は、アーム本体２０の軸線Ｃ2 より上方に水平にほぼ等間隔に配設されている。

かかる旋回アームは、ワークポジショナ４０のコラム４１上の回転ベース４２の前面に対し、ブラケット１０を介して突設して使用する（図３）。

コラム４１は、左右の脚部４３、４３の後部に立設されている。ただし、図３には、一方の脚部４３のみが図示されている。コラム４１の前部には、図示しない駆動モータによって正逆に回転駆動する蛇腹付きのボールねじ軸４４が回転自在に立設されており、ボールねじ軸４４に螺合するねじ部材４４ａには、ほぼ正方形の支持板４５、内歯形式の旋回軸受４６を介して円板状の回転ベース４２が組み付けられている。なお、旋回軸受４６を回転駆動する図示しないピニオンは、支持板４５の後面側に取り付ける図示しない減速機付きの駆動モータに連結されている。支持板４５は、図示しない左右のスライドガイドを介し、コラム４１の前面に沿って昇降自在に組み付けられている。なお、支持板４５の下降限を規定するために、ダンパ形式の左右のストッパ４５ａ、４５ａがコラム４１の下部に配設されている。ただし、図３には、一方のストッパ４５ａのみが図示されている。

アーム本体２０の先端には、取付板２３を介し、図示しないワークを搭載する回転機構４７が装着されている。回転機構４７は、図示しない駆動モータを介して回転テーブル４７ａを回転させ、回転テーブル４７ａ上のワークを水平回転させることができる。

アーム本体２０は、ブラケット１０を介し、回転ベース４２の中心Ｃ1 から偏心させて突設されている。すなわち、ブラケット１０のベース板１１は、長辺方向の中心線Ｃo が回転ベース４２の中心Ｃ1 を通り、中心Ｃ1 がベース板１１の上半部に位置するようにして、回転ベース４２の前面に固定されている（図２（Ｂ））。なお、このときのアーム本体２０は、上下方向の約半分が回転ベース４２の外周から突出する（図３）。また、ベース板１１は、回転ベース４２上の係合突条をキー溝１１ｃ、１１ｃに係合させることにより位置決めし、ボルト孔１１ｂ、１１ｂ…に挿入するボルトを介してねじ止めされる。一方、回転ベース４２は、中心Ｃ1 が旋回軸受４６の旋回中心に一致するようにして旋回軸受４６と組み合わせるものとする。

ワークポジショナ４０は、ボールねじ軸４４を介し、ねじ部材４４ａから回転機構４７に至る一連の部材をコラム４１の前面に沿って昇降させることができる（図３の矢印Ｋ1 方向、実線、二点鎖線）。また、旋回軸受４６を介して回転ベース４２を回転させると、アーム本体２０を旋回軸受４６の旋回中心、すなわち回転ベース４２の中心Ｃ1 のまわりに旋回させることができる（同図の矢印Ｋ2 方向）。さらに、回転機構４７を介して回転テーブル４７ａ上のワークを回転させることができる（同図の矢印Ｋ3 方向）。すなわち、ワークポジショナ４０は、３軸ポジショナであって、ワークを任意の高さ位置において任意の姿勢に駆動することができる。なお、アーム本体２０が最も下がる位置に回転ベース４２を回転させて支持板４５を下降限にまで下降させると（図３の実線）、アーム本体２０は、ほぼ下半部が脚部４３、４３の間に入り込むまで下がり、回転テーブル４７ａ上のワークの積卸しが容易である。

他の実施の形態

アーム本体２０は、４本の同一断面の角筒材２１、２１…を一体に接合して形成することができる（図４）。角筒材２１、２１…は、外部に露出する隣接角部を全長に亘ってフレア溶接することにより、十分強固に接合することができる（同図の各矢印方向）。

アーム本体２０は、長手方向に分割し、バックプレート２５を介して接続してもよい（図５）。ただし、同図（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ要部斜視図、同図（Ａ）のＺ1 −Ｚ1 線矢視拡大断面図である。

バックプレート２５は、各角筒材２１の断面形状に適合する板材である。分割された各角筒材２１の両側に厚さｔのほぼ１／２ずつがかかるようにしてバックプレート２５を角筒材２１に嵌め込み、バックプレート２５を介して外部から開先溶接して角筒材２１を接続すると（図５（Ｂ）の各矢印方向）、角筒材２１は、バックプレート２５による節が形成され、全体剛性を大きくすることができる。なお、バックプレート２５は、１枚板であってもよく、孔２５ａを設けて角筒材２１の内フランジ状に形成してもよい。

また、アーム本体２０は、長手方向に分割し、フランジ２６を介して接続してもよい（図６）。ただし、同図（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ要部斜視図、同図（Ａ）のＺ2 −Ｚ2 線矢視拡大断面図である。

フランジ２６は、アーム本体２０の全体断面積より大きな板材である。分割された角筒材２１、２１…は、フランジ２６を介して外部からすみ肉溶接して接続することにより（図６（Ｂ）の各矢印方向）、フランジ２６による節を形成して全体剛性を向上させることができる。なお、フランジ２６は、１枚板であってもよく、孔２６ａを設けて角筒材２１、２１の内外に突出させてもよい。

以上の説明において、ワークポジショナ４０は、ボールねじ軸４４を省略して２軸の反転装置としてもよい。また、図５、図６の実施の形態は、図４のアーム本体２０にも適用可能である。さらに、アーム本体２０を構成する角筒材２１、２１…は、互いに同一断面形状のものを組み合わせるに代えて、異なる断面形状のものを組み合わせてもよく、四角形断面以外の異形断面のものを混用してもよい。また、角筒材２１、２１…は、２本、４本以外の任意の本数を組み合わせてもよい。なお、アーム本体２０に設けるバックプレート２５またはフランジ２６の数は、必要な剛性を実現するために、１または２以上とすることができる。

全体構成説明図 要部構成説明図 使用状態側面説明図 他の実施の形態を示す要部斜視図 他の実施の形態を示す要部構成説明図（１） 他の実施の形態を示す要部構成説明図（２） 従来例を示す模式斜視図

符号の説明

Ｃ1 …中心
１０…ブラケット
１１…ベース板
１２…連結板
１３…補強板
２０…アーム本体
２１…角筒材
２５…バックプレート
２６…フランジ
４１…コラム
４２…回転ベース

特許出願人 東邦重量株式会社
小松鋼機株式会社
代理人 弁理士 松 田 忠 秋

Claims (3)

1. コラム上の回転ベースに固定するブラケットと、該ブラケットを介し、前記回転ベースの中心から偏心させて前記回転ベースの前面に突設するアーム本体とを備えてなり、該アーム本体は、複数の角筒材を一体に接合して全体断面を縦長の四角形に形成し、前記ブラケットは、前記回転ベースに固定するベース板と、前記アーム本体の基部を挟み込むようにして前記ベース板に立設する左右一対の連結板と、前記ベース板と前記各連結板とに共通に接合する複数の補強板とを有し、前記アーム本体は、取付板を介してワーク搭載用の回転機構を先端面に装着し、上下方向の約半分が前記回転ベースの外周から突出し、前記コラム用の左右の脚部の間にまで下降させ得ることを特徴とするワークポジショナ用の旋回アーム。
2. 前記補強板は、前記アーム本体の軸線より上方の前記連結板の両外側に上下多段に、かつ左右対称に配設することを特徴とする請求項１記載のワークポジショナ用の旋回アーム。
3. 前記アーム本体は、前記角筒材の外部に露出する隣接角部を連続的にフレア溶接して一体に接合することを特徴とする請求項１または請求項２記載のワークポジショナ用の旋回アーム。

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