表面加工作業工具ユニット
【課題】表面加工作業工具ユニットにおいて、表面加工作業工具を対象物に押し付けるストロークに関わらず対象物に与える力を一定とし、表面加工作業工具を容易に交換可能とすることである。
【解決手段】表面加工作業工具ユニット１０は、ダンパ装置３０を内蔵する案内軸２０と、工具取付軸６０とを含んで構成される。ここで、工具取付軸６０は、軸方向に沿った先端部に表面加工作業工具７０が配置されるもので、案内軸２０に保持され、案内ピン５０を操作することで案内軸２０から容易に取り外して他のものと交換できる。ダンパ装置３０は、軸方向に移動可能な出力軸を有し、出力軸の軸方向のストロークに応じて出力軸から出力される軸方向抗力が予め定めた有効ストロークの範囲内でストロークの大きさに関わらず予め定めた一定範囲内の大きさとなる特性を有する。
【解決手段】表面加工作業工具ユニット１０は、ダンパ装置３０を内蔵する案内軸２０と、工具取付軸６０とを含んで構成される。ここで、工具取付軸６０は、軸方向に沿った先端部に表面加工作業工具７０が配置されるもので、案内軸２０に保持され、案内ピン５０を操作することで案内軸２０から容易に取り外して他のものと交換できる。ダンパ装置３０は、軸方向に移動可能な出力軸を有し、出力軸の軸方向のストロークに応じて出力軸から出力される軸方向抗力が予め定めた有効ストロークの範囲内でストロークの大きさに関わらず予め定めた一定範囲内の大きさとなる特性を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面加工作業工具ユニットに係り、特に、回転軸に取り付けられることで表面加工作業工具を対象物に押付ながら回転させて対象物の表面加工作業を行う表面加工作業工具ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料あるいはプラスチック材料等を加工すると、加工部の周縁部にバリが生じる。このバリは、やすり、サンドペーパ、先端が平らなブラシ等で対象物の対象箇所を擦る手作業で除去することができる。また、機械力を利用するものとして、砥石円板、砥粒を適当な結合材で布または紙材に貼り付けたサンドペーパ砥石またはサンディングディスクと呼ばれるものを回転工具の先端に取り付けたバリ取り作業機を用い、砥石円板、サンディングディスクを回転させながら対称物の対象箇所を擦ることでバリを除去することが行われる。また、ロボットにエンドミル、超硬ロータリ工具、バリ取り工具を取り付けて、加工プログラムを用い、加工軌跡に沿ってこれらを移動させることも行われる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、自動バリ取り装置の工具ユニットとして、ブラシ状体の軸を筒状回転体内に摺動自在に挿設し、そのブラシ体の頂部に緩衝部材または緩衝材を介在させてフローティング機構を構成し、筒状回転体をブラシ状体と共に回転自在とし、フローティング機構によって押圧力を制御して、バリを除去する構成が開示されている。ここでは、緩衝部材としてバネ部材、緩衝材として油あるいは空気等の流体が述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２３３３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１によれば、フローティング機構によって、バリ取りの際にブラシ状体等のバリ取り工具を対象物に押し付けても、適当に退避しながらバリ取りを行うことができるので、対象物を破損することが防止される。
【０００６】
ところで、特許文献１においてフローティング機構の緩衝部材としてバネ部材を用いるときは、バリ取り工具を対象物に押し付けるストロークによって対象物に与える力が変化するので、バリ取りが安定して行えないことが生じ得る。つまり、ストロークが小さいときはバリ取り工具を対象物に押し付ける力が小さく、十分にバリ取りを行うことができない。ストロークが大きすぎるとバリ取り工具を対象物に押し付ける力が過大となってバリ取り以外に対象物を削ってしまうことが生じ得る。バリ取り以外の面取り等の表面加工作業についても同様のことが生じる。
【０００７】
例えば、鋳物、アルミダイキャストを加工したものは、寸法ばらつきが多いので、ロボットで加工したときに、その加工軌跡に基づいて作成された表面加工作業のための加工プログラムを用いると、ストロークが小さすぎることも大きすぎることも生じ得る。このような場合には、ロボットによる表面加工作業が不十分なものとなる。
【０００８】
なお、特許文献１にはブラシ状体の頂部に油あるいは空気等の流体を緩衝材として介在させることも述べられているが、この場合には流体の密閉構造がブラシ状体の頂部に設けることになり、構造が複雑となる。
【０００９】
本発明の目的は、簡単な構成で、表面加工作業工具を対象物に押し付けるストロークに関わらず対象物に与える力を一定とできる表面加工作業工具ユニットを提供することである。他の目的は、簡単な構成で、表面加工作業工具を対象物に押し付けるストロークに関わらず対象物に与える力を一定としながら、表面加工作業工具を目的に応じて交換可能とする表面加工作業工具ユニットを提供することである。以下の手段は、これらの目的の少なくとも１つに貢献する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る表面加工作業工具ユニットは、回転軸に取り付けられることで表面加工作業工具を対象物に押付ながら回転させて対象物の表面加工作業を行う表面加工作業工具ユニットであって、軸方向に移動可能な出力軸を有し、出力軸の軸方向のストロークに応じて出力軸から出力される軸方向抗力が予め定めた有効ストロークの範囲内でストロークの大きさに関わらず予め定めた一定範囲内の大きさとなる特性を有するダンパ装置と、軸方向に沿った先端部に表面加工作業工具が配置され、他方端側の外周面に突き出して案内ピンが設けられる工具取付軸と、ダンパ装置を保持するダンパ保持穴と、表面加工作業工具の押付ストロークに対応するダンパ装置の出力軸の軸方向のストロークに応じて工具取付軸を軸方向に移動可能に支持する取付軸支持穴と、取付軸支持穴に接続して軸方向に沿って設けられ案内ピンの軸方向移動を案内する案内穴部とを有する案内軸と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る表面加工作業工具ユニットにおいて、案内穴部は、軸方向に沿った溝穴を有し、その溝穴の軸方向に沿った長さが、ダンパ装置の有効ストロークの範囲に対応することが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る表面加工作業工具ユニットにおいて、案内軸に対し工具取付軸を交換可能に着脱できる着脱機構を備えることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る表面加工作業工具ユニットにおいて、着脱機構として、工具取付軸の軸方向に垂直方向に設けられ、案内ピンの全長よりも長い深さを有し、メネジ部を備えるピン案内穴と、頭部に操作溝を有し、工具取付軸のメネジ部に噛み合うオネジ部を備える案内ピンとを用い、案内ピンの頭部の正方向回転または逆方向回転によって案内軸に対し工具取付軸を着脱自在とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成により、表面加工作業工具ユニットは、軸方向に移動可能な出力軸を有し、出力軸の軸方向のストロークに応じて出力軸から出力される軸方向抗力が予め定めたストロークの範囲内でストロークの大きさに関わらず予め定めた一定範囲内の大きさとなる特性を有するダンパ装置と、先端部に表面加工作業工具が配置される工具取付軸と、ダンパ装置と工具取付軸とを支持する案内軸とを備える。このように、表面加工作業工具を対象物に押し付けるストロークに関わらず対象物に与える力を一定範囲内とできるダンパ装置を工具取付軸と分離することで、工具取付軸に特別な流体密閉構造を設けることを不要にして構成を簡単なものとできる。
【００１５】
また、表面加工作業工具ユニットにおいて、案内穴部の溝穴の軸方向に沿った長さが、ダンパ装置の有効ストロークの範囲に対応するので、表面加工作業中において、表面加工作業工具を対象物に押し付けるストロークに関わらず、常に、対象物に与える力を一定範囲内とできる。
【００１６】
また、表面加工作業工具ユニットにおいて、案内軸に対し工具取付軸を交換可能に着脱できる着脱機構を備える。上記のように、ダンパ装置と工具取付軸とは分離されているので、着脱機構を設けることで、ダンパ装置をそのままとして、先端に表面加工作業工具が配置された工具取付軸を簡単に交換可能に着脱できる。
【００１７】
また、表面加工作業工具ユニットにおいて、案内ピンを工具取付軸の軸方向に垂直方向に出し入れ自在に支持する着脱機構を備えるので、例えば、ロボット装置として案内ピンを出し入れ自在に自動操作する機構を設けることで、工具取付軸を用途に応じて自動的に交換することができる。
【００１８】
また、表面加工作業工具ユニットにおいて、着脱機構として、工具取付軸の軸方向に垂直方向に設けられ、案内ピンの全長よりも長い深さを有し、メネジ部を備えるピン案内穴と、頭部に操作溝を有し、工具取付軸のメネジ部に噛み合うオネジ部を備える案内ピンとを用いる。これにより、例えば、ロボット装置に表面加工作業工具ユニットを搭載する場合、ロボット装置のアームに表面加工作業工具ユニットの案内軸を取り付け、ロボット装置として案内ピンの頭部の操作溝を用いて案内ピンを正方向回転または逆方向回転に自動操作する機構を設けることで、工具取付軸を用途に応じて自動的に交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る実施の形態の表面加工作業工具ユニットが搭載されるロボット装置の様子を説明する図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の表面加工作業工具ユニットの構成を説明する図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の表面加工作業工具ユニットの分解図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、ダンパ装置の特性を説明する図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の表面加工作業工具ユニットについて、表面加工作業工具交換の様子を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、表面加工作業工具ユニットはロボット装置に搭載されるものとして説明するが、勿論、手作業用のサンディングディスク装置に取り付けられるものとしてもよい。なお、以下では、加工の後の表面を擦って滑らかにする表面加工作業をバリ取りとして説明するが、これは説明のための例示であって、バリ取り作業の他に、面取り作業、表面磨き作業等の加工の後の表面を擦って滑らかにする表面加工作業が広く含まれる。
【００２１】
以下では、交換可能な工具取付軸として、３種類のものを説明するが、勿論、表面加工作業であるバリ取りの内容に合わせ、他の種類の工具取付軸を用いるものとすることができる。
【００２２】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２３】
図１は、ロボット装置に表面加工作業工具ユニット１０が搭載される様子を示す図である。ここで、ロボット装置としては、揺動アーム２と回転アーム４と軸方向移動アーム６とが組み合わされているものが図示されている。勿論、これ以外の構成のロボット装置に表面加工作業工具ユニット１０が搭載されるものとしてもよい。表面加工作業工具ユニット１０は、ここでは、対象物のバリ取り作業をすることができる工具であり、ロボット装置の操作アームの先端に設けられる工具取付軸８に取り付けられる。図１の場合は、操作アームは軸方向移動アーム６であるので、この軸方向移動アーム６の先端に設けられた工具取付軸８に、表面加工作業工具ユニット１０がしっかり取り付けられる。工具取付軸８は、工具を取り付けることができるチャック機構を有する回転軸である。
【００２４】
このようにロボット装置に表面加工作業工具ユニット１０を搭載することで、図示されていない対象物の３次元形状に合わせて操作アームの位置および角度を変更できる。これによって、３次元形状上のバリの位置に適切なバリ取り角度となるように、表面加工作業工具ユニット１０を移動させることができる。また、ロボットの加工プログラムとして、対象物を加工したときの加工軌跡に基づいて、工具取付軸８に取り付けられた表面加工作業工具ユニット１０の動作軌跡を作成するものとすることができる。この場合には、この加工プログラムを実行させることで、表面加工作業工具ユニット１０がバリ取りを行うべき箇所に沿って自動的に移動させることができる。
【００２５】
表面加工作業工具ユニット１０は、後述するダンパ装置３０を内蔵する案内軸２０と、工具取付軸６０とを含んで構成される。ここで、工具取付軸６０は、軸方向に沿った先端部に表面加工作業工具７０が配置されるもので、案内軸２０に保持され、案内ピン５０を操作することで案内軸２０から容易に取り外して他のものと交換できる。
【００２６】
図２は、表面加工作業工具ユニット１０の構成を説明する図、図３は、表面加工作業工具ユニット１０の分解図である。なお、図２と図３は、案内ピン５０の様子が分かりやすいように、軸方向回りに互いに９０度異ならせた方向からそれぞれ見た様子が示されている。
【００２７】
表面加工作業工具ユニット１０は、上記のように、案内軸２０と工具取付軸６０を含んで構成されるが、案内軸２０は、案内軸本体部２２と、内部に内蔵されるダンパ装置３０を含み、工具取付軸６０は、取付軸本体部４０と、ナット４８と、表面加工作業工具７０を含む。
【００２８】
案内軸２０の案内軸本体部２２は、段付軸の外形を有し、中心軸に沿った段付有底穴を有する軸部材である。案内軸２０は、ダンパ装置３０を保持し、また、工具取付軸６０を軸方向移動可能に案内しながら支持する機能を有する。
【００２９】
案内軸２０のダンパ保持穴２６は、段付有底穴の底部側の細めの有底穴である。ダンパ保持穴２６は、ダンパ装置３０の外径よりもやや大きい内径を有し、これによってダンパ装置３０を出し入れ自由とし、底部にダンパ装置３０の底部を突き当てて、保持する機能を有する。
【００３０】
案内軸２０の取付軸支持穴２８は、段付軸である案内軸２０の太めの軸の端部からダンパ保持穴２６に向かって開けられた段付有底穴の開口部側の太目の穴である。取付軸支持穴２８の内径は、ダンパ保持穴２６の内径よりも大きく、また、取付軸本体部４０の外径よりも大きい。これによって、取付軸支持穴２８は、工具取付軸６０を軸方向移動可能として保持する機能を有する。
【００３１】
案内軸２０の取付軸支持穴２８に接続して軸方向に沿って設けられる案内穴部２４は、工具取付軸６０に設けられる案内ピン５０の軸方向移動を案内する溝穴である。案内穴部２４の軸方向に沿った溝穴の長さは、案内ピン５０のストロークＳであるフリーティング長さを規制することになるので、次に説明するダンパ装置３０において、抗力Ｆが（Ｆ0±ΔＦ）の範囲となる有効ストロークＳ0の範囲に対応する長さとすることがよい。好ましくは、有効ストロークＳ0よりも狭い範囲の長さとすることがよい。例えば、案内穴部２４の軸方向に沿った溝穴の長さを約５ｍｍとすることができる。勿論、これ以外の長さとすることもできる。
【００３２】
ダンパ装置３０は、筐体３２と、軸方向に移動可能な出力軸３４を有し、出力軸３４の移動方向と逆方向に抗力を作用させながら移動することで、仕事＝力×距離を行い、これによって出力軸３４の移動によるエネルギを吸収して出力軸３４の移動を停止させようとする作用を行う装置である。このような作用を行う装置は、衝撃を吸収するために広く用いられ、一般的にショックアブソーバと呼ばれている。ダンパ装置３０は、このショックアブソーバと呼ばれている装置を、衝撃を吸収する特性とは別に、出力軸３４に現れる抗力Ｆが、出力軸３４の移動量であるストロークＳに関わらず、ほぼ一定となる特性を利用するものである。
【００３３】
かかる特性を有するダンパ装置３０としては、出力軸３４が突き出る箇所を除き密閉構造とされる筐体３２をアウターチューブとし、アウターチューブの中に配置されるインナーチューブを有し、インナーチューブにストローク方向に沿って複数のオリフィス孔が設けられ、この二重構造に密封される圧油等の高圧流体の中で、インナーチューブの内壁に沿って出力軸３４と一体化されたピストンが摺動する構造を有する多孔オリフィス型ショックアブソーバを用いることができる。
【００３４】
図４は、多孔オリフィス型ショックアブソーバをダンパ装置３０として用いたときの抗力ＦとストロークＳの特性８０を示す図である。図４の横軸は、出力軸３４の軸方向移動量であるストロークＳであり、縦軸は、出力軸３４が移動するときに発生する軸方向の抗力Ｆである。図４には、参考のために、バネについての抗力ＦとストロークＳの特性８２も示した。
【００３５】
図４に示されるように、ダンパ装置３０の抗力ＦとストロークＳの特性８０は、出力軸３４の軸方向のストロークＳに応じて出力軸３４から出力される軸方向の抗力Ｆが予め定めた有効ストロークＳ0の範囲内でストロークＳの大きさに関わらず予め定めた一定範囲内（Ｆ0±ΔＦ）の大きさとなる特性を有する。±ΔＦは、多孔オリフィスの孔数を適当に多くすることで小さな範囲とすることができる。
【００３６】
このように、ダンパ装置３０の特性８０は、出力軸３４に現れる抗力Ｆが、出力軸３４の移動量であるストロークＳに関わらず、ほぼ一定となる。これに対し、バネの抗力ＦとストロークＳの特性８２は、ストロークＳが大きくなると、これに比例して抗力Ｆが大きくなる。
【００３７】
したがって、ダンパ装置３０の出力軸３４の動きを工具取付軸６０の動きと同じになるようにすれば、工具取付軸６０をバリ取りの対象物に押し付けるストロークＳが変動しても、工具取付軸６０がバリ取りの対象物に与える抗力Ｆはほぼ一定となる。これによって、バリに与える力をほぼ一定としてバリ取りができるので、効率的にバリ取り処理を行うことができる。
【００３８】
再び図２、図３に戻り、工具取付軸６０の取付軸本体部４０は、細長い軸部４２の先端部にフランジ部４４とオネジ４６を有するネジ付き軸部材である。ナット４８は、オネジ４６に対応するメネジを有する締め付け部材である。
【００３９】
細長い軸部４２の外直径は、案内軸２０のダンパ保持穴２６の内径よりも大きく、取付軸支持穴２８の内径よりも小さい。フランジ部４４は、ナット４８と共に、表面加工作業工具７０を挟みこんで固定する機能を有する部分であり、表面加工作業工具７０の中央部に設けられる取付穴７１の内径よりも大きな外径を有する。先端部のオネジ４６の最大外径は、表面加工作業工具７０の取付穴７１の内径よりも小さい。
【００４０】
細長い軸部４２の軸方向の適当な中間部に設けられる案内ピン５０は、案内軸２０の案内穴部２４と協働して、工具取付軸６０の案内軸２０に対する軸方向の移動範囲を規制する機能を有するピンである。
【００４１】
案内ピン５０の細長い軸部４２の軸方向における配置位置は次のようにして設定される。すなわち、図２に示されるように、案内軸２０のダンパ保持穴２６の底部にダンパ装置３０の底部が来るようにダンパ装置３０を挿入し、次にダンパ装置３０の出力軸３４の先端に工具取付軸６０の細長い軸部４２の底部が来るように工具取付軸６０を取付軸支持穴２８に挿入する。そして、ダンパ装置３０の効力Ｆが（Ｆ0±ΔＦ）となる最も短いストロークの状態にしたときに、案内ピン５０が案内軸２０の案内穴部２４の溝穴の一方側の端部となるように、案内ピン５０の配置位置が設定される。溝穴の一方側の端部とは、案内軸２０の開口部側の方の端部である。
【００４２】
また、案内ピン５０は、工具取付軸６０の細長い軸部４２の軸方向に垂直方向に出し入れ自在に支持される。そのために、工具取付軸６０の細長い軸部４２の軸方向に垂直方向にピン案内穴５４が設けられ、そのピン案内穴５４の中にピン付勢バネ５６が配置される。そして、ピン案内穴５４に対し案内ピン５０が飛び出して外れてしまわないように規制する規制手段として、ピン案内穴５４にはメネジ部が設けられ、案内ピン５０にはこれに噛み合うオネジ部が設けられる。
【００４３】
そして、ピン案内穴５４の穴深さは、案内ピン５０の全長よりも長く設定される。穴深さは、ピン付勢バネ５６の付勢力に抗しながら案内ピン５０をピン案内穴５４に押し込んだときに、案内ピン５０が完全にピン案内穴５４の中に沈み込むことができる長さに設定される。すなわち、ピン付勢バネ５６の圧縮されたときのバネ長さに案内ピン５０の長さを加えて得られる長さよりも長いようにピン案内穴５６の穴深さが設定される。なお、場合によっては、ピン付勢バネ５６を省略してもよい。この場合には、単純に、ピン案内穴５４の穴深さは、案内ピン５０の全長よりも長く設定される。
【００４４】
案内ピン５０の頭部には操作溝５２が設けられる。この操作溝５２は、ピン案内穴５４のメネジ部と案内ピン５０のオネジ部との間の噛み合わせによってピン案内穴５４に対し案内ピン５０を出し入れする際の操作を容易にするために設けられる。具体的には、ロボット装置に用いられるナットランナ等によって、案内ピン５０が容易に正回転または逆回転ができる溝形状の操作溝５２が設けられる。
【００４５】
これによって、例えば、案内ピン５０を時計周りの正方向回転させることで案内ピン５０を頭部を含めてピン案内穴５４の中に沈めて、案内軸２０から工具取付軸６０を取り外すことができる。また、案内ピン５０を反時計周りの逆方向回転させることで、案内ピン５０を工具取付軸６０の外周面から突き出させ、案内軸２０の案内穴部２４に案内されるようにして案内軸２０に工具取付軸６０を取り付けることができる。なお、案内ピン５０の頭部の外径よりもオネジ部の最大径を小さくして、案内穴部２４にオネジ部が直接接触しないようにすることもできる。オネジ、メネジの正逆に応じて、上記の正方向回転と逆方向回転とを入れ替えることもできる。このように、案内ピン５０のオネジ部とピン案内穴５４のメネジ部とは、案内軸２０に対し工具取付軸６０を交換可能に着脱できる着脱機構を構成する。
【００４６】
この着脱機構を用い、図１で説明したロボット装置において、案内ピン５０の頭部の操作溝５２に適合する先端を有するビットランナ等のネジ回転装置を有する工具取付軸交換ステーションを設けることで、案内軸２０に対し工具取付軸６０を着脱して交換することを自動的に行うことが可能となる。
【００４７】
すなわち、現在の工具取付軸６０についてネジ回転装置によって案内ピン５０を正方向に回転させて工具取付軸６０を案内軸２０から取り外す。次に、別の工具取付軸６０について、その工具取付軸６０の案内ピン５０を正方向に回転させて、その工具取付軸６０の細長い軸部４２を先ほどの案内軸２０の取付穴支持穴２８に挿入する。そして、案内ピン５０を案内軸２０の案内穴部２８に合せて、案内ピン５０を逆回転させ、案内ピン５０を案内穴部２８の中で突き出せる。こうして、別の工具取付軸６０が案内軸２０に取付けられる。このように、ロボット装置にネジ回転装置を有する工具取付軸交換ステーションを設けることで、案内軸２０に対し工具取付軸６０を着脱して交換することを自動的に行うことが可能となる。
【００４８】
なお、案内軸２０に対し工具取付軸６０を交換可能に着脱できる着脱機構としては、案内ピン５０を工具取付軸６０に対し出し入れ可能なようにする他の機構を用いてもよい。例えば、案内穴部５４の中にピン付勢バネ５６を配置し、ピン案内穴５４に対し案内ピン５０をピン付勢バネ５６で付勢しながら飛び出さないように規制する規制手段を設ける機構を用いることができる。規制手段としては、例えば、案内ピン５０に適当なフランジ部を設け、案内穴部５４にフランジ部の移動を規制するリングを設けるものとすることができる。
【００４９】
この場合には、図１で説明したロボット装置において、案内ピン５０を押して工具取付軸６０を案内軸２０から取り外し、別の工具取付軸６０についてその案内ピン５０を押しながら案内軸２０に取り付ける工具取付軸交換ステーションを設けることで、案内軸２０に対し工具取付軸６０を着脱して交換することを自動的に行うことが可能となる。
【００５０】
図２、図３の表面加工作業工具７０は、バリ取りの対象物に回転させながら接触させることで、バリを除去するための工具で、具体的には、サンディングディスクが用いられる。一般的にサンディングディスクとは、砥粒を適当な結合材で布または紙材に貼り付けた円板であるが、ここでは、この円板を複数枚に切断し、これらを相互に一部が重なるようにずらしながら円周方向に配置したものが用いられる。したがって、サンディングディスクである表面加工作業工具７０の底面側は、複数枚に切断されて一部重複して重ねあわされたことによる段差が複数配置されたものとなり、これによって凹凸状の底面を有するものとなっている。複数枚の例としては、例えば、２０枚から３０枚程度とすることができる。勿論、１枚の平坦なサンディングディスクを用いるものとしてもよい。
【００５１】
表面加工作業工具７０は、上記のように、その中央部に取付穴７１が設けられ、この取付穴７１を用いて、取付軸本体部４０の先端のオネジ４６とナット４８とによって、取付軸本体部４０にしっかりと取り付けられる。
【００５２】
上記構成の作用を図１から図５を用いて詳細に説明する。図１に示すように、表面加工作業工具ユニット１０をロボット装置の操作アームの先端の工具取付軸８に取り付ける。具体的には、表面加工作業工具ユニット１０の案内軸２０の案内軸本体部２２の軸方向を工具取付軸８の軸方向に合わせて、しっかりと固定する。この状態でロボット装置を操作し、表面加工作業工具ユニット１０の表面加工作業工具７０がちょうどバリ取りの対象物に接触する位置まで移動させる。そこで、工具取付軸８を所定の回転数で回転させながら、表面加工作業工具７０をバリ取りの対象物に押し付ける。
【００５３】
工具取付軸８が回転すると案内軸２０が回転し、案内軸２０が回転すると、工具取付軸６０の案内ピン５０は案内軸２０の案内穴部２４によって径方向の移動を拘束されているので、工具取付軸６０が回転する。これにより、対象物に表面加工作業工具７０のサンディングディスクが回転しながら接触するので、バリが回転するサンディングディスクの砥粒に除去される。ロボットの加工プログラムとして、対象物を加工したときの加工軌跡に基づいて、表面加工作業工具ユニット１０の動作軌跡を作成したものを用いるときは、その加工プログラムを実行させることで、表面加工作業工具ユニット１０がバリ取りを行うべき箇所に沿って自動的に移動させることができる。
【００５４】
このバリ取りの間において、工具取付軸６０はバリ取りの対象物に押し付けられるが、その押し付けの移動距離であるストロークＳは、ロボット装置によって適当に設定される。図４で説明したように、ダンパ装置３０の機能によって、ストロークＳが有効ストロークＳ0の範囲であれば、工具取付軸６０がバリ取りの対象物に与える抗力Ｆは、ダンパ装置３０の仕様で予め定められる（Ｆ0±ΔＦ）の範囲内でほぼ一定値となる。
【００５５】
そして、案内軸２０に設けられる案内穴部２４の溝穴の長さは、この有効ストロークＳ0に対応する長さまたはそれ以下に設定されるので、ロボット装置によって設定されるストロークＳはこの有効ストロークＳ0の範囲に制限される。したがって、バリ取り作業の間、ストロークが変動しても、この有効ストロークＳ0の範囲内となるので、工具取付軸６０がバリ取りの対象物に与える抗力Ｆは、常に、（Ｆ0±ΔＦ）の範囲内となる。
【００５６】
このように、バリ取りの対象に応じて、バリ取りに適した（Ｆ0±ΔＦ）を求め、その仕様を満足するダンパ装置３０を選択して、表面加工作業工具ユニット１０の案内軸２０の内部に内蔵させることで、バリ取りの対象物に過大な抗力を与えて損傷させることもなく、また、バリ取りに対し過小となる抗力となることもないので、安定して効果的なバリ取りを行うことができる。
【００５７】
図５は、表面加工作業であるバリ取りの対象物に合わせ、工具取付軸６０を交換するときの様子を説明する図である。図５には、図１から図４で説明した工具取付軸６０を含み、他の工具取付軸６２，６４が示される。工具取付軸６０は、比較的小型のサンディングディスクを用いた表面加工作業工具７０が配置されたものである。工具取付軸６２は、比較的大型のサンディングディスクを用いた表面加工作業工具７２が配置されたものである。
【００５８】
比較的小型、比較的大型とは相対的な外形の大きさを区別するもので、例えば、表面加工作業工具７０は、外径が約５０ｍｍ、表面加工作業工具７２は、外径が約１００ｍｍのものとすることができる。勿論、これ以外の寸法のサンディングディスクを用いるものとしてもよい。
【００５９】
工具取付軸６４は、先端に超硬ロータリ工具を用いた表面加工作業工具７４が配置されたものである。サンディングディスクは、比較的軟質の金属、プラスチック、木材、これらの複合材等に生じるバリ取りに用いることができ、超硬ロータリ工具は、比較的硬質の金属、セラミック等に生じるバリまたは凹凸等について平坦化するために用いることができる。
【００６０】
これらの工具取付軸６０，６２，６４は、いずれも共通の取付軸本体部４０が用いられる。そして、工具取付軸６０，６２は、共通のナット４８が用いられ、取付軸本体部４０の先端部のオネジ４６との間に、それぞれ対応する表面加工作業工具７０，７２が挟み込まれてしっかりと固定される。工具取付軸６４については、超硬ロータリ工具を用いた表面加工作業工具７４を取付軸本体部４０のオネジ４６を用いて固定するために、適当な袋ナット４９が用いられる。
【００６１】
そして、これらの工具取付軸６０，６２，６４にはそれぞれ共通の案内ピン５０が設けられ、これらの案内ピン５０は、工具取付軸６０の取付軸本体部４０の軸方向に垂直方向に出し入れ自在に支持される。したがって、これらの工具取付軸６０，６２，６４のいずれについても、案内ピン５０を正方向に回転させて案内ピン５０を工具取付軸６０の外周面に出ないように沈め、取付軸本体部４０を案内軸２０の取付軸支持穴２８に挿入し、案内ピン５０が案内穴部２４に来たときに案内ピン５０を逆方向に回転させれば、案内ピン５０が案内穴部２４の中に突き出すので、案内軸２０に取り付けることができる。
【００６２】
また、このようにして案内軸２０に取り付けられた工具取付軸６０，６２，６４のいずれも、案内ピン５０を正方向に回転させて案内ピン５０を工具取付軸６０の外周面に出ないように沈め、取付軸本体部４０を案内軸２０の取付軸支持穴２８から引き出すことで、案内軸２０から取り外すことができる。案内ピン５０を正方向または逆方向に回転させることは、案内ピン５０の頭部の操作溝５２に適合する先端を有するビットランナ等の適当なネジ回転装置を用いることで自動的に行うことができる。
【００６３】
このようにして、工具取付軸６０，６２，６４の中の任意の１つを案内軸２０に取り付けることも取り外すこともできるので、案内軸２０に対し、工具取付軸６０，６２，６４を交換可能に着脱することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係る表面加工作業工具ユニットは、金属、プラスチック等の加工に生じるバリ取り作業、面取り作業、表面磨き作業等に利用できる。
【符号の説明】
【００６５】
２ 揺動アーム、４ 回転アーム、６ 軸方向移動アーム、８ 工具取付軸、１０ 表面加工作業工具ユニット、２０ 案内軸、２２ 案内軸本体部、２４ 案内穴部、２６ ダンパ保持穴、２８ 取付軸支持穴、３０ ダンパ装置、３２ 筐体、３４ 出力軸、４０ 取付軸本体部、４２ 細長い軸部、４４ フランジ部、４６ オネジ、４８ ナット、４９ 袋ナット、５０ 案内ピン、５２ 操作溝、５４ ピン案内穴、５６ ピン付勢バネ、６０，６２，６４ 工具取付軸、７０，７２，７４ 表面加工作業工具、７１ 取付穴、８０，８２ 特性。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面加工作業工具ユニットに係り、特に、回転軸に取り付けられることで表面加工作業工具を対象物に押付ながら回転させて対象物の表面加工作業を行う表面加工作業工具ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料あるいはプラスチック材料等を加工すると、加工部の周縁部にバリが生じる。このバリは、やすり、サンドペーパ、先端が平らなブラシ等で対象物の対象箇所を擦る手作業で除去することができる。また、機械力を利用するものとして、砥石円板、砥粒を適当な結合材で布または紙材に貼り付けたサンドペーパ砥石またはサンディングディスクと呼ばれるものを回転工具の先端に取り付けたバリ取り作業機を用い、砥石円板、サンディングディスクを回転させながら対称物の対象箇所を擦ることでバリを除去することが行われる。また、ロボットにエンドミル、超硬ロータリ工具、バリ取り工具を取り付けて、加工プログラムを用い、加工軌跡に沿ってこれらを移動させることも行われる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、自動バリ取り装置の工具ユニットとして、ブラシ状体の軸を筒状回転体内に摺動自在に挿設し、そのブラシ体の頂部に緩衝部材または緩衝材を介在させてフローティング機構を構成し、筒状回転体をブラシ状体と共に回転自在とし、フローティング機構によって押圧力を制御して、バリを除去する構成が開示されている。ここでは、緩衝部材としてバネ部材、緩衝材として油あるいは空気等の流体が述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２３３３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１によれば、フローティング機構によって、バリ取りの際にブラシ状体等のバリ取り工具を対象物に押し付けても、適当に退避しながらバリ取りを行うことができるので、対象物を破損することが防止される。
【０００６】
ところで、特許文献１においてフローティング機構の緩衝部材としてバネ部材を用いるときは、バリ取り工具を対象物に押し付けるストロークによって対象物に与える力が変化するので、バリ取りが安定して行えないことが生じ得る。つまり、ストロークが小さいときはバリ取り工具を対象物に押し付ける力が小さく、十分にバリ取りを行うことができない。ストロークが大きすぎるとバリ取り工具を対象物に押し付ける力が過大となってバリ取り以外に対象物を削ってしまうことが生じ得る。バリ取り以外の面取り等の表面加工作業についても同様のことが生じる。
【０００７】
例えば、鋳物、アルミダイキャストを加工したものは、寸法ばらつきが多いので、ロボットで加工したときに、その加工軌跡に基づいて作成された表面加工作業のための加工プログラムを用いると、ストロークが小さすぎることも大きすぎることも生じ得る。このような場合には、ロボットによる表面加工作業が不十分なものとなる。
【０００８】
なお、特許文献１にはブラシ状体の頂部に油あるいは空気等の流体を緩衝材として介在させることも述べられているが、この場合には流体の密閉構造がブラシ状体の頂部に設けることになり、構造が複雑となる。
【０００９】
本発明の目的は、簡単な構成で、表面加工作業工具を対象物に押し付けるストロークに関わらず対象物に与える力を一定とできる表面加工作業工具ユニットを提供することである。他の目的は、簡単な構成で、表面加工作業工具を対象物に押し付けるストロークに関わらず対象物に与える力を一定としながら、表面加工作業工具を目的に応じて交換可能とする表面加工作業工具ユニットを提供することである。以下の手段は、これらの目的の少なくとも１つに貢献する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る表面加工作業工具ユニットは、回転軸に取り付けられることで表面加工作業工具を対象物に押付ながら回転させて対象物の表面加工作業を行う表面加工作業工具ユニットであって、軸方向に移動可能な出力軸を有し、出力軸の軸方向のストロークに応じて出力軸から出力される軸方向抗力が予め定めた有効ストロークの範囲内でストロークの大きさに関わらず予め定めた一定範囲内の大きさとなる特性を有するダンパ装置と、軸方向に沿った先端部に表面加工作業工具が配置され、他方端側の外周面に突き出して案内ピンが設けられる工具取付軸と、ダンパ装置を保持するダンパ保持穴と、表面加工作業工具の押付ストロークに対応するダンパ装置の出力軸の軸方向のストロークに応じて工具取付軸を軸方向に移動可能に支持する取付軸支持穴と、取付軸支持穴に接続して軸方向に沿って設けられ案内ピンの軸方向移動を案内する案内穴部とを有する案内軸と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る表面加工作業工具ユニットにおいて、案内穴部は、軸方向に沿った溝穴を有し、その溝穴の軸方向に沿った長さが、ダンパ装置の有効ストロークの範囲に対応することが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る表面加工作業工具ユニットにおいて、案内軸に対し工具取付軸を交換可能に着脱できる着脱機構を備えることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る表面加工作業工具ユニットにおいて、着脱機構として、工具取付軸の軸方向に垂直方向に設けられ、案内ピンの全長よりも長い深さを有し、メネジ部を備えるピン案内穴と、頭部に操作溝を有し、工具取付軸のメネジ部に噛み合うオネジ部を備える案内ピンとを用い、案内ピンの頭部の正方向回転または逆方向回転によって案内軸に対し工具取付軸を着脱自在とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成により、表面加工作業工具ユニットは、軸方向に移動可能な出力軸を有し、出力軸の軸方向のストロークに応じて出力軸から出力される軸方向抗力が予め定めたストロークの範囲内でストロークの大きさに関わらず予め定めた一定範囲内の大きさとなる特性を有するダンパ装置と、先端部に表面加工作業工具が配置される工具取付軸と、ダンパ装置と工具取付軸とを支持する案内軸とを備える。このように、表面加工作業工具を対象物に押し付けるストロークに関わらず対象物に与える力を一定範囲内とできるダンパ装置を工具取付軸と分離することで、工具取付軸に特別な流体密閉構造を設けることを不要にして構成を簡単なものとできる。
【００１５】
また、表面加工作業工具ユニットにおいて、案内穴部の溝穴の軸方向に沿った長さが、ダンパ装置の有効ストロークの範囲に対応するので、表面加工作業中において、表面加工作業工具を対象物に押し付けるストロークに関わらず、常に、対象物に与える力を一定範囲内とできる。
【００１６】
また、表面加工作業工具ユニットにおいて、案内軸に対し工具取付軸を交換可能に着脱できる着脱機構を備える。上記のように、ダンパ装置と工具取付軸とは分離されているので、着脱機構を設けることで、ダンパ装置をそのままとして、先端に表面加工作業工具が配置された工具取付軸を簡単に交換可能に着脱できる。
【００１７】
また、表面加工作業工具ユニットにおいて、案内ピンを工具取付軸の軸方向に垂直方向に出し入れ自在に支持する着脱機構を備えるので、例えば、ロボット装置として案内ピンを出し入れ自在に自動操作する機構を設けることで、工具取付軸を用途に応じて自動的に交換することができる。
【００１８】
また、表面加工作業工具ユニットにおいて、着脱機構として、工具取付軸の軸方向に垂直方向に設けられ、案内ピンの全長よりも長い深さを有し、メネジ部を備えるピン案内穴と、頭部に操作溝を有し、工具取付軸のメネジ部に噛み合うオネジ部を備える案内ピンとを用いる。これにより、例えば、ロボット装置に表面加工作業工具ユニットを搭載する場合、ロボット装置のアームに表面加工作業工具ユニットの案内軸を取り付け、ロボット装置として案内ピンの頭部の操作溝を用いて案内ピンを正方向回転または逆方向回転に自動操作する機構を設けることで、工具取付軸を用途に応じて自動的に交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る実施の形態の表面加工作業工具ユニットが搭載されるロボット装置の様子を説明する図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の表面加工作業工具ユニットの構成を説明する図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の表面加工作業工具ユニットの分解図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、ダンパ装置の特性を説明する図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の表面加工作業工具ユニットについて、表面加工作業工具交換の様子を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、表面加工作業工具ユニットはロボット装置に搭載されるものとして説明するが、勿論、手作業用のサンディングディスク装置に取り付けられるものとしてもよい。なお、以下では、加工の後の表面を擦って滑らかにする表面加工作業をバリ取りとして説明するが、これは説明のための例示であって、バリ取り作業の他に、面取り作業、表面磨き作業等の加工の後の表面を擦って滑らかにする表面加工作業が広く含まれる。
【００２１】
以下では、交換可能な工具取付軸として、３種類のものを説明するが、勿論、表面加工作業であるバリ取りの内容に合わせ、他の種類の工具取付軸を用いるものとすることができる。
【００２２】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２３】
図１は、ロボット装置に表面加工作業工具ユニット１０が搭載される様子を示す図である。ここで、ロボット装置としては、揺動アーム２と回転アーム４と軸方向移動アーム６とが組み合わされているものが図示されている。勿論、これ以外の構成のロボット装置に表面加工作業工具ユニット１０が搭載されるものとしてもよい。表面加工作業工具ユニット１０は、ここでは、対象物のバリ取り作業をすることができる工具であり、ロボット装置の操作アームの先端に設けられる工具取付軸８に取り付けられる。図１の場合は、操作アームは軸方向移動アーム６であるので、この軸方向移動アーム６の先端に設けられた工具取付軸８に、表面加工作業工具ユニット１０がしっかり取り付けられる。工具取付軸８は、工具を取り付けることができるチャック機構を有する回転軸である。
【００２４】
このようにロボット装置に表面加工作業工具ユニット１０を搭載することで、図示されていない対象物の３次元形状に合わせて操作アームの位置および角度を変更できる。これによって、３次元形状上のバリの位置に適切なバリ取り角度となるように、表面加工作業工具ユニット１０を移動させることができる。また、ロボットの加工プログラムとして、対象物を加工したときの加工軌跡に基づいて、工具取付軸８に取り付けられた表面加工作業工具ユニット１０の動作軌跡を作成するものとすることができる。この場合には、この加工プログラムを実行させることで、表面加工作業工具ユニット１０がバリ取りを行うべき箇所に沿って自動的に移動させることができる。
【００２５】
表面加工作業工具ユニット１０は、後述するダンパ装置３０を内蔵する案内軸２０と、工具取付軸６０とを含んで構成される。ここで、工具取付軸６０は、軸方向に沿った先端部に表面加工作業工具７０が配置されるもので、案内軸２０に保持され、案内ピン５０を操作することで案内軸２０から容易に取り外して他のものと交換できる。
【００２６】
図２は、表面加工作業工具ユニット１０の構成を説明する図、図３は、表面加工作業工具ユニット１０の分解図である。なお、図２と図３は、案内ピン５０の様子が分かりやすいように、軸方向回りに互いに９０度異ならせた方向からそれぞれ見た様子が示されている。
【００２７】
表面加工作業工具ユニット１０は、上記のように、案内軸２０と工具取付軸６０を含んで構成されるが、案内軸２０は、案内軸本体部２２と、内部に内蔵されるダンパ装置３０を含み、工具取付軸６０は、取付軸本体部４０と、ナット４８と、表面加工作業工具７０を含む。
【００２８】
案内軸２０の案内軸本体部２２は、段付軸の外形を有し、中心軸に沿った段付有底穴を有する軸部材である。案内軸２０は、ダンパ装置３０を保持し、また、工具取付軸６０を軸方向移動可能に案内しながら支持する機能を有する。
【００２９】
案内軸２０のダンパ保持穴２６は、段付有底穴の底部側の細めの有底穴である。ダンパ保持穴２６は、ダンパ装置３０の外径よりもやや大きい内径を有し、これによってダンパ装置３０を出し入れ自由とし、底部にダンパ装置３０の底部を突き当てて、保持する機能を有する。
【００３０】
案内軸２０の取付軸支持穴２８は、段付軸である案内軸２０の太めの軸の端部からダンパ保持穴２６に向かって開けられた段付有底穴の開口部側の太目の穴である。取付軸支持穴２８の内径は、ダンパ保持穴２６の内径よりも大きく、また、取付軸本体部４０の外径よりも大きい。これによって、取付軸支持穴２８は、工具取付軸６０を軸方向移動可能として保持する機能を有する。
【００３１】
案内軸２０の取付軸支持穴２８に接続して軸方向に沿って設けられる案内穴部２４は、工具取付軸６０に設けられる案内ピン５０の軸方向移動を案内する溝穴である。案内穴部２４の軸方向に沿った溝穴の長さは、案内ピン５０のストロークＳであるフリーティング長さを規制することになるので、次に説明するダンパ装置３０において、抗力Ｆが（Ｆ0±ΔＦ）の範囲となる有効ストロークＳ0の範囲に対応する長さとすることがよい。好ましくは、有効ストロークＳ0よりも狭い範囲の長さとすることがよい。例えば、案内穴部２４の軸方向に沿った溝穴の長さを約５ｍｍとすることができる。勿論、これ以外の長さとすることもできる。
【００３２】
ダンパ装置３０は、筐体３２と、軸方向に移動可能な出力軸３４を有し、出力軸３４の移動方向と逆方向に抗力を作用させながら移動することで、仕事＝力×距離を行い、これによって出力軸３４の移動によるエネルギを吸収して出力軸３４の移動を停止させようとする作用を行う装置である。このような作用を行う装置は、衝撃を吸収するために広く用いられ、一般的にショックアブソーバと呼ばれている。ダンパ装置３０は、このショックアブソーバと呼ばれている装置を、衝撃を吸収する特性とは別に、出力軸３４に現れる抗力Ｆが、出力軸３４の移動量であるストロークＳに関わらず、ほぼ一定となる特性を利用するものである。
【００３３】
かかる特性を有するダンパ装置３０としては、出力軸３４が突き出る箇所を除き密閉構造とされる筐体３２をアウターチューブとし、アウターチューブの中に配置されるインナーチューブを有し、インナーチューブにストローク方向に沿って複数のオリフィス孔が設けられ、この二重構造に密封される圧油等の高圧流体の中で、インナーチューブの内壁に沿って出力軸３４と一体化されたピストンが摺動する構造を有する多孔オリフィス型ショックアブソーバを用いることができる。
【００３４】
図４は、多孔オリフィス型ショックアブソーバをダンパ装置３０として用いたときの抗力ＦとストロークＳの特性８０を示す図である。図４の横軸は、出力軸３４の軸方向移動量であるストロークＳであり、縦軸は、出力軸３４が移動するときに発生する軸方向の抗力Ｆである。図４には、参考のために、バネについての抗力ＦとストロークＳの特性８２も示した。
【００３５】
図４に示されるように、ダンパ装置３０の抗力ＦとストロークＳの特性８０は、出力軸３４の軸方向のストロークＳに応じて出力軸３４から出力される軸方向の抗力Ｆが予め定めた有効ストロークＳ0の範囲内でストロークＳの大きさに関わらず予め定めた一定範囲内（Ｆ0±ΔＦ）の大きさとなる特性を有する。±ΔＦは、多孔オリフィスの孔数を適当に多くすることで小さな範囲とすることができる。
【００３６】
このように、ダンパ装置３０の特性８０は、出力軸３４に現れる抗力Ｆが、出力軸３４の移動量であるストロークＳに関わらず、ほぼ一定となる。これに対し、バネの抗力ＦとストロークＳの特性８２は、ストロークＳが大きくなると、これに比例して抗力Ｆが大きくなる。
【００３７】
したがって、ダンパ装置３０の出力軸３４の動きを工具取付軸６０の動きと同じになるようにすれば、工具取付軸６０をバリ取りの対象物に押し付けるストロークＳが変動しても、工具取付軸６０がバリ取りの対象物に与える抗力Ｆはほぼ一定となる。これによって、バリに与える力をほぼ一定としてバリ取りができるので、効率的にバリ取り処理を行うことができる。
【００３８】
再び図２、図３に戻り、工具取付軸６０の取付軸本体部４０は、細長い軸部４２の先端部にフランジ部４４とオネジ４６を有するネジ付き軸部材である。ナット４８は、オネジ４６に対応するメネジを有する締め付け部材である。
【００３９】
細長い軸部４２の外直径は、案内軸２０のダンパ保持穴２６の内径よりも大きく、取付軸支持穴２８の内径よりも小さい。フランジ部４４は、ナット４８と共に、表面加工作業工具７０を挟みこんで固定する機能を有する部分であり、表面加工作業工具７０の中央部に設けられる取付穴７１の内径よりも大きな外径を有する。先端部のオネジ４６の最大外径は、表面加工作業工具７０の取付穴７１の内径よりも小さい。
【００４０】
細長い軸部４２の軸方向の適当な中間部に設けられる案内ピン５０は、案内軸２０の案内穴部２４と協働して、工具取付軸６０の案内軸２０に対する軸方向の移動範囲を規制する機能を有するピンである。
【００４１】
案内ピン５０の細長い軸部４２の軸方向における配置位置は次のようにして設定される。すなわち、図２に示されるように、案内軸２０のダンパ保持穴２６の底部にダンパ装置３０の底部が来るようにダンパ装置３０を挿入し、次にダンパ装置３０の出力軸３４の先端に工具取付軸６０の細長い軸部４２の底部が来るように工具取付軸６０を取付軸支持穴２８に挿入する。そして、ダンパ装置３０の効力Ｆが（Ｆ0±ΔＦ）となる最も短いストロークの状態にしたときに、案内ピン５０が案内軸２０の案内穴部２４の溝穴の一方側の端部となるように、案内ピン５０の配置位置が設定される。溝穴の一方側の端部とは、案内軸２０の開口部側の方の端部である。
【００４２】
また、案内ピン５０は、工具取付軸６０の細長い軸部４２の軸方向に垂直方向に出し入れ自在に支持される。そのために、工具取付軸６０の細長い軸部４２の軸方向に垂直方向にピン案内穴５４が設けられ、そのピン案内穴５４の中にピン付勢バネ５６が配置される。そして、ピン案内穴５４に対し案内ピン５０が飛び出して外れてしまわないように規制する規制手段として、ピン案内穴５４にはメネジ部が設けられ、案内ピン５０にはこれに噛み合うオネジ部が設けられる。
【００４３】
そして、ピン案内穴５４の穴深さは、案内ピン５０の全長よりも長く設定される。穴深さは、ピン付勢バネ５６の付勢力に抗しながら案内ピン５０をピン案内穴５４に押し込んだときに、案内ピン５０が完全にピン案内穴５４の中に沈み込むことができる長さに設定される。すなわち、ピン付勢バネ５６の圧縮されたときのバネ長さに案内ピン５０の長さを加えて得られる長さよりも長いようにピン案内穴５６の穴深さが設定される。なお、場合によっては、ピン付勢バネ５６を省略してもよい。この場合には、単純に、ピン案内穴５４の穴深さは、案内ピン５０の全長よりも長く設定される。
【００４４】
案内ピン５０の頭部には操作溝５２が設けられる。この操作溝５２は、ピン案内穴５４のメネジ部と案内ピン５０のオネジ部との間の噛み合わせによってピン案内穴５４に対し案内ピン５０を出し入れする際の操作を容易にするために設けられる。具体的には、ロボット装置に用いられるナットランナ等によって、案内ピン５０が容易に正回転または逆回転ができる溝形状の操作溝５２が設けられる。
【００４５】
これによって、例えば、案内ピン５０を時計周りの正方向回転させることで案内ピン５０を頭部を含めてピン案内穴５４の中に沈めて、案内軸２０から工具取付軸６０を取り外すことができる。また、案内ピン５０を反時計周りの逆方向回転させることで、案内ピン５０を工具取付軸６０の外周面から突き出させ、案内軸２０の案内穴部２４に案内されるようにして案内軸２０に工具取付軸６０を取り付けることができる。なお、案内ピン５０の頭部の外径よりもオネジ部の最大径を小さくして、案内穴部２４にオネジ部が直接接触しないようにすることもできる。オネジ、メネジの正逆に応じて、上記の正方向回転と逆方向回転とを入れ替えることもできる。このように、案内ピン５０のオネジ部とピン案内穴５４のメネジ部とは、案内軸２０に対し工具取付軸６０を交換可能に着脱できる着脱機構を構成する。
【００４６】
この着脱機構を用い、図１で説明したロボット装置において、案内ピン５０の頭部の操作溝５２に適合する先端を有するビットランナ等のネジ回転装置を有する工具取付軸交換ステーションを設けることで、案内軸２０に対し工具取付軸６０を着脱して交換することを自動的に行うことが可能となる。
【００４７】
すなわち、現在の工具取付軸６０についてネジ回転装置によって案内ピン５０を正方向に回転させて工具取付軸６０を案内軸２０から取り外す。次に、別の工具取付軸６０について、その工具取付軸６０の案内ピン５０を正方向に回転させて、その工具取付軸６０の細長い軸部４２を先ほどの案内軸２０の取付穴支持穴２８に挿入する。そして、案内ピン５０を案内軸２０の案内穴部２８に合せて、案内ピン５０を逆回転させ、案内ピン５０を案内穴部２８の中で突き出せる。こうして、別の工具取付軸６０が案内軸２０に取付けられる。このように、ロボット装置にネジ回転装置を有する工具取付軸交換ステーションを設けることで、案内軸２０に対し工具取付軸６０を着脱して交換することを自動的に行うことが可能となる。
【００４８】
なお、案内軸２０に対し工具取付軸６０を交換可能に着脱できる着脱機構としては、案内ピン５０を工具取付軸６０に対し出し入れ可能なようにする他の機構を用いてもよい。例えば、案内穴部５４の中にピン付勢バネ５６を配置し、ピン案内穴５４に対し案内ピン５０をピン付勢バネ５６で付勢しながら飛び出さないように規制する規制手段を設ける機構を用いることができる。規制手段としては、例えば、案内ピン５０に適当なフランジ部を設け、案内穴部５４にフランジ部の移動を規制するリングを設けるものとすることができる。
【００４９】
この場合には、図１で説明したロボット装置において、案内ピン５０を押して工具取付軸６０を案内軸２０から取り外し、別の工具取付軸６０についてその案内ピン５０を押しながら案内軸２０に取り付ける工具取付軸交換ステーションを設けることで、案内軸２０に対し工具取付軸６０を着脱して交換することを自動的に行うことが可能となる。
【００５０】
図２、図３の表面加工作業工具７０は、バリ取りの対象物に回転させながら接触させることで、バリを除去するための工具で、具体的には、サンディングディスクが用いられる。一般的にサンディングディスクとは、砥粒を適当な結合材で布または紙材に貼り付けた円板であるが、ここでは、この円板を複数枚に切断し、これらを相互に一部が重なるようにずらしながら円周方向に配置したものが用いられる。したがって、サンディングディスクである表面加工作業工具７０の底面側は、複数枚に切断されて一部重複して重ねあわされたことによる段差が複数配置されたものとなり、これによって凹凸状の底面を有するものとなっている。複数枚の例としては、例えば、２０枚から３０枚程度とすることができる。勿論、１枚の平坦なサンディングディスクを用いるものとしてもよい。
【００５１】
表面加工作業工具７０は、上記のように、その中央部に取付穴７１が設けられ、この取付穴７１を用いて、取付軸本体部４０の先端のオネジ４６とナット４８とによって、取付軸本体部４０にしっかりと取り付けられる。
【００５２】
上記構成の作用を図１から図５を用いて詳細に説明する。図１に示すように、表面加工作業工具ユニット１０をロボット装置の操作アームの先端の工具取付軸８に取り付ける。具体的には、表面加工作業工具ユニット１０の案内軸２０の案内軸本体部２２の軸方向を工具取付軸８の軸方向に合わせて、しっかりと固定する。この状態でロボット装置を操作し、表面加工作業工具ユニット１０の表面加工作業工具７０がちょうどバリ取りの対象物に接触する位置まで移動させる。そこで、工具取付軸８を所定の回転数で回転させながら、表面加工作業工具７０をバリ取りの対象物に押し付ける。
【００５３】
工具取付軸８が回転すると案内軸２０が回転し、案内軸２０が回転すると、工具取付軸６０の案内ピン５０は案内軸２０の案内穴部２４によって径方向の移動を拘束されているので、工具取付軸６０が回転する。これにより、対象物に表面加工作業工具７０のサンディングディスクが回転しながら接触するので、バリが回転するサンディングディスクの砥粒に除去される。ロボットの加工プログラムとして、対象物を加工したときの加工軌跡に基づいて、表面加工作業工具ユニット１０の動作軌跡を作成したものを用いるときは、その加工プログラムを実行させることで、表面加工作業工具ユニット１０がバリ取りを行うべき箇所に沿って自動的に移動させることができる。
【００５４】
このバリ取りの間において、工具取付軸６０はバリ取りの対象物に押し付けられるが、その押し付けの移動距離であるストロークＳは、ロボット装置によって適当に設定される。図４で説明したように、ダンパ装置３０の機能によって、ストロークＳが有効ストロークＳ0の範囲であれば、工具取付軸６０がバリ取りの対象物に与える抗力Ｆは、ダンパ装置３０の仕様で予め定められる（Ｆ0±ΔＦ）の範囲内でほぼ一定値となる。
【００５５】
そして、案内軸２０に設けられる案内穴部２４の溝穴の長さは、この有効ストロークＳ0に対応する長さまたはそれ以下に設定されるので、ロボット装置によって設定されるストロークＳはこの有効ストロークＳ0の範囲に制限される。したがって、バリ取り作業の間、ストロークが変動しても、この有効ストロークＳ0の範囲内となるので、工具取付軸６０がバリ取りの対象物に与える抗力Ｆは、常に、（Ｆ0±ΔＦ）の範囲内となる。
【００５６】
このように、バリ取りの対象に応じて、バリ取りに適した（Ｆ0±ΔＦ）を求め、その仕様を満足するダンパ装置３０を選択して、表面加工作業工具ユニット１０の案内軸２０の内部に内蔵させることで、バリ取りの対象物に過大な抗力を与えて損傷させることもなく、また、バリ取りに対し過小となる抗力となることもないので、安定して効果的なバリ取りを行うことができる。
【００５７】
図５は、表面加工作業であるバリ取りの対象物に合わせ、工具取付軸６０を交換するときの様子を説明する図である。図５には、図１から図４で説明した工具取付軸６０を含み、他の工具取付軸６２，６４が示される。工具取付軸６０は、比較的小型のサンディングディスクを用いた表面加工作業工具７０が配置されたものである。工具取付軸６２は、比較的大型のサンディングディスクを用いた表面加工作業工具７２が配置されたものである。
【００５８】
比較的小型、比較的大型とは相対的な外形の大きさを区別するもので、例えば、表面加工作業工具７０は、外径が約５０ｍｍ、表面加工作業工具７２は、外径が約１００ｍｍのものとすることができる。勿論、これ以外の寸法のサンディングディスクを用いるものとしてもよい。
【００５９】
工具取付軸６４は、先端に超硬ロータリ工具を用いた表面加工作業工具７４が配置されたものである。サンディングディスクは、比較的軟質の金属、プラスチック、木材、これらの複合材等に生じるバリ取りに用いることができ、超硬ロータリ工具は、比較的硬質の金属、セラミック等に生じるバリまたは凹凸等について平坦化するために用いることができる。
【００６０】
これらの工具取付軸６０，６２，６４は、いずれも共通の取付軸本体部４０が用いられる。そして、工具取付軸６０，６２は、共通のナット４８が用いられ、取付軸本体部４０の先端部のオネジ４６との間に、それぞれ対応する表面加工作業工具７０，７２が挟み込まれてしっかりと固定される。工具取付軸６４については、超硬ロータリ工具を用いた表面加工作業工具７４を取付軸本体部４０のオネジ４６を用いて固定するために、適当な袋ナット４９が用いられる。
【００６１】
そして、これらの工具取付軸６０，６２，６４にはそれぞれ共通の案内ピン５０が設けられ、これらの案内ピン５０は、工具取付軸６０の取付軸本体部４０の軸方向に垂直方向に出し入れ自在に支持される。したがって、これらの工具取付軸６０，６２，６４のいずれについても、案内ピン５０を正方向に回転させて案内ピン５０を工具取付軸６０の外周面に出ないように沈め、取付軸本体部４０を案内軸２０の取付軸支持穴２８に挿入し、案内ピン５０が案内穴部２４に来たときに案内ピン５０を逆方向に回転させれば、案内ピン５０が案内穴部２４の中に突き出すので、案内軸２０に取り付けることができる。
【００６２】
また、このようにして案内軸２０に取り付けられた工具取付軸６０，６２，６４のいずれも、案内ピン５０を正方向に回転させて案内ピン５０を工具取付軸６０の外周面に出ないように沈め、取付軸本体部４０を案内軸２０の取付軸支持穴２８から引き出すことで、案内軸２０から取り外すことができる。案内ピン５０を正方向または逆方向に回転させることは、案内ピン５０の頭部の操作溝５２に適合する先端を有するビットランナ等の適当なネジ回転装置を用いることで自動的に行うことができる。
【００６３】
このようにして、工具取付軸６０，６２，６４の中の任意の１つを案内軸２０に取り付けることも取り外すこともできるので、案内軸２０に対し、工具取付軸６０，６２，６４を交換可能に着脱することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係る表面加工作業工具ユニットは、金属、プラスチック等の加工に生じるバリ取り作業、面取り作業、表面磨き作業等に利用できる。
【符号の説明】
【００６５】
２ 揺動アーム、４ 回転アーム、６ 軸方向移動アーム、８ 工具取付軸、１０ 表面加工作業工具ユニット、２０ 案内軸、２２ 案内軸本体部、２４ 案内穴部、２６ ダンパ保持穴、２８ 取付軸支持穴、３０ ダンパ装置、３２ 筐体、３４ 出力軸、４０ 取付軸本体部、４２ 細長い軸部、４４ フランジ部、４６ オネジ、４８ ナット、４９ 袋ナット、５０ 案内ピン、５２ 操作溝、５４ ピン案内穴、５６ ピン付勢バネ、６０，６２，６４ 工具取付軸、７０，７２，７４ 表面加工作業工具、７１ 取付穴、８０，８２ 特性。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取り付けられることで表面加工作業工具を対象物に押付ながら回転させて対象物の表面加工作業を行う表面加工作業工具ユニットであって、
軸方向に移動可能な出力軸を有し、出力軸の軸方向のストロークに応じて出力軸から出力される軸方向抗力が予め定めた有効ストロークの範囲内でストロークの大きさに関わらず予め定めた一定範囲内の大きさとなる特性を有するダンパ装置と、
軸方向に沿った先端部に表面加工作業工具が配置され、他方端側の外周面に突き出して案内ピンが設けられる工具取付軸と、
ダンパ装置を保持するダンパ保持穴と、工具取付軸を軸方向に移動可能に支持する取付軸支持穴と、取付軸支持穴に接続して軸方向に沿って設けられ案内ピンの軸方向移動を案内する案内穴部とを有する案内軸と、
を備えることを特徴とする表面加工作業工具ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の表面加工作業工具ユニットにおいて、
案内穴部は、軸方向に沿った溝穴を有し、その溝穴の軸方向に沿った長さが、ダンパ装置の有効ストロークの範囲に対応することを特徴とする表面加工作業工具ユニット。
【請求項３】
請求項１に記載の表面加工作業工具ユニットにおいて、
案内軸に対し工具取付軸を交換可能に着脱できる着脱機構を備えることを特徴とする表面加工作業工具ユニット。
【請求項４】
請求項３に記載の表面加工作業工具ユニットにおいて、
着脱機構として、
工具取付軸の軸方向に垂直方向に設けられ、案内ピンの全長よりも長い深さを有し、メネジ部を備えるピン案内穴と、
頭部に操作溝を有し、工具取付軸のメネジ部に噛み合うオネジ部を備える案内ピンとを用い、案内ピンの頭部の正方向回転または逆方向回転によって案内軸に対し工具取付軸を着脱自在とすることを特徴とする表面加工作業工具ユニット。
【請求項１】
回転軸に取り付けられることで表面加工作業工具を対象物に押付ながら回転させて対象物の表面加工作業を行う表面加工作業工具ユニットであって、
軸方向に移動可能な出力軸を有し、出力軸の軸方向のストロークに応じて出力軸から出力される軸方向抗力が予め定めた有効ストロークの範囲内でストロークの大きさに関わらず予め定めた一定範囲内の大きさとなる特性を有するダンパ装置と、
軸方向に沿った先端部に表面加工作業工具が配置され、他方端側の外周面に突き出して案内ピンが設けられる工具取付軸と、
ダンパ装置を保持するダンパ保持穴と、工具取付軸を軸方向に移動可能に支持する取付軸支持穴と、取付軸支持穴に接続して軸方向に沿って設けられ案内ピンの軸方向移動を案内する案内穴部とを有する案内軸と、
を備えることを特徴とする表面加工作業工具ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の表面加工作業工具ユニットにおいて、
案内穴部は、軸方向に沿った溝穴を有し、その溝穴の軸方向に沿った長さが、ダンパ装置の有効ストロークの範囲に対応することを特徴とする表面加工作業工具ユニット。
【請求項３】
請求項１に記載の表面加工作業工具ユニットにおいて、
案内軸に対し工具取付軸を交換可能に着脱できる着脱機構を備えることを特徴とする表面加工作業工具ユニット。
【請求項４】
請求項３に記載の表面加工作業工具ユニットにおいて、
着脱機構として、
工具取付軸の軸方向に垂直方向に設けられ、案内ピンの全長よりも長い深さを有し、メネジ部を備えるピン案内穴と、
頭部に操作溝を有し、工具取付軸のメネジ部に噛み合うオネジ部を備える案内ピンとを用い、案内ピンの頭部の正方向回転または逆方向回転によって案内軸に対し工具取付軸を着脱自在とすることを特徴とする表面加工作業工具ユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１０４６８３（Ｐ２０１１−１０４６８３Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５９９４２（Ｐ２００９−２５９９４２）
【出願日】平成２１年１１月１３日（２００９．１１．１３）
【出願人】（５９９１１８４４７）株式会社フジエ (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１３日（２００９．１１．１３）
【出願人】（５９９１１８４４７）株式会社フジエ (5)
【Ｆターム（参考）】
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