JP2001170575A - 剥離・洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロボットは微少な移動動作が正確にできない
ため、効率が悪く、剥離ムラ等が起こる。 【解決手段】 ロボット１のハンド３にベースフレーム
４を取り付け、ベースフレーム４にサーボモータ７を設
け、このサーボモータ７とこの回転軸をボールネジ８と
で微少移動機構６を構成する。そして、ボールネジ８に
スライドフレーム９を螺合すると共に、このスライドフ
レーム９に１本又は複数本の剥離・洗浄用ウオータジェ
ットノズル５ａを備えたノズルユニット５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、微少な移動動作
ができるように構成したウオータジェットノズルをロボ
ットに持たせてワークの塗膜やスケール等の剥離・洗浄
作業を効率良く行う装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に示すように、多関節型ロボット０
１にウオータジェットノズル０２を持たせて剥離・洗浄
等の作業をさせる場合、直接ノズル０２をロボット０１
のハンド０３に取り付け、ロボット０１自身を制御して
ノズル０２に所定の動作をさせている。

【０００３】しかし、ロボットにノズルを装着して剥離
・洗浄する場合、ロボットの軌跡精度が悪いため通常は
拡散型ノズルもしくは噴流幅の広いノズルを、又は、複
数ノズルを回転させて１回の剥離・洗浄幅を広くしたノ
ズルを使用している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ロボットは繰り返し精
度は良いが、微少な移動動作（0.1mm 以下）が正確にで
きないため、上述の如く拡散型ノズルや回転ノズルを使
用しているのであるが、拡散型ノズルはせっかく高めた
エネルギ密度を低くした使用法のため効率が悪くなり、
回転ノズルは模様にムラができるため剥離ムラ等が起こ
る。

【０００５】一方、エネルギ効率の高い微小径のノズル
を複数本隙間なく並べることができれば解決すると考え
られるが、ノズルの取付精度を含め至難のことである。

【０００６】特開平１１−７６９５５号公報にも、ロボ
ットのアーム先端に洗浄ノズルを持たせて台車等の大型
部品を洗浄する装置が開示されている。しかし、一般的
な産業ロボットは軌跡精度が悪く、そのため一回のスキ
ャニングによる洗浄幅がある程度広くて、軌跡誤差以上
ラップさせておかないと次のスキャニング時洗浄ができ
ていないところが発生する。しかし、このような洗浄ノ
ズルは汎用品であるが洗浄能力は低く、かつ剥離能力は
殆どない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本願発明に係る剥離・洗浄装置は、ロボットのハ
ンドに１本又は複数本の剥離・洗浄用ウオータジェット
ノズルを備えたノズルユニットを取り付けると共に、該
ノズルユニットに、該ノズルをワークに対して微少移動
可能とする微少移動機構を装備せしめてなるものであ
る。

【０００８】これにより、ウオータジェットノズルの所
定位置への移動、位置決め等の動作はロボットで制御
し、ロボットの苦手とする微少な移動動作を、ノズルユ
ニットに装備した微少移動機構で制御することができ
る。従って、多関節型ロボットを使って微少な移動動作
を要求される作業にも対応できる。また、微少移動機構
によって、拡散型ノズルや回転ノズルを使用することな
く、ウオータジェットのもつ高いエネルギ密度を保持し
つつ効率的な剥離・洗浄が可能となる。

【０００９】この場合、微少移動機構を信頼性の高い、
構成的にも簡素なボールネジ方式又はリニアモータ方式
によって構成し、また、作業の自由度を高めるため（複
雑な形状のワークにも対応できるよう）必要に応じて微
少移動機構の制御軸をＹＺ軸の複数軸とすることがあ
る。

【００１０】また、制御軸が１軸でサーボモータ方式に
よって微少移動機構を形成した具体的構成としては、ロ
ボットのハンドにベースフレームを取り付け、ベースフ
レームにサーボモータを設け、このサーボモータの回転
軸をボールネジとし、このボールネジにスライドフレー
ムを螺合すると共に、このスライドフレームに１本又は
複数本の剥離・洗浄用ウオータジェットノズルを備えた
ノズルユニットを設けた剥離・洗浄装置である。

【００１１】また、制御軸が２軸でサーボモータ方式に
よって微少移動機構を形成した具体的構成としては、ロ
ボットのハンドにベースフレームを取り付け、ベースフ
レームにＹ軸サーボモータを設け、このサーボモータの
回転軸をＹ軸ボールネジとし、このボールネジにＺ軸フ
レームを螺合し、Ｚ軸フレームにＺ軸サーボモータを設
けこのサーボモータの回転軸をＺ軸ボールネジとし、こ
のボールネジにスライドフレームを螺合すると共に、こ
のスライドフレームに１本又は複数本の剥離・洗浄用ウ
オータジェットノズルを備えたノズルユニットを設けた
剥離・洗浄装置である。

【００１２】上記の場合、複数本のウオータジェットノ
ズルが一定方向に一定間隔をもって列設しておけば、ノ
ズルを微少移動することによりウオータジェットのもつ
高いエネルギ密度を保持しつつ効率よくムラのない剥離
・洗浄が可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の実施形態を図面
を参照しながら説明する。

【００１４】図１は本願発明の第一実施形態（ボールネ
ジ方式、制御軸１軸）を示し、図１(a)は要部図（一部
を断面で示した概略側面図）、図１(b)は図１(a)におけ
るＡ−Ａ矢視断面図である。図示するように、多関節型
ロボット１（図５）のアーム２先端のハンド３にベース
フレーム４が取り付けられ、このベースフレーム４に複
数本のウオータジェットノズル（以下、単に「ノズル」
ともいう）５ａを備えたノズルユニット５が設けられ、
このノズルユニット５に微少移動機構６が装備されてい
る。

【００１５】ベースフレーム４は、図面上、上部の台板
４ａと、この台板４ａ中央から垂下した縦板４ｂと、こ
の縦板４ｂの下部に台板４ａと一定間隔をもってこれに
平行な平板状の支板４ｃからなる。縦板４ｂを挟んで台
板４ａの片側がロボットのハンド３に取り付けられ、こ
れに対向する他の側に微少移動機構６を構成するサーボ
モータ７とボールネジ８が設けられている。すなわち、
サーボモータ７の回転軸はボールネジ８として構成され
て、図面上、下方に延び、ボールネジ８の下端は支板４
ｃに軸支されている。

【００１６】ボールネジ８にはノズルユニット５を備え
たスライドフレーム９が螺合しており、このスライドフ
レーム９の前部には縦方向に複数本（図では４本）のウ
オータジェットノズル５ａが一定間隔で列設されてい
る。このウオータジェットノズル５ａとしては、剥離能
力の高い直径０.１５ｍｍ前後のノズルが使用される。

【００１７】スライドフレーム９の中央部にボールネジ
８が螺合挿通し、この両側にボールネジ８に対し平行に
延びる一対のリニアガイド１０がスライドフレーム９の
移動を円滑にするために設けられている。

【００１８】したがって、サーボモータ７を作動させて
ボールネジ８を回転させればスライドフレーム９はネジ
作用によって図面上縦（Ｚ軸）方向に微少移動するよう
になっている。このスライドフレーム９の微少移動に伴
ってスライドフレーム９の前面に配設したウオータジェ
ットノズル５ａの微少移動が（0.1ｍｍ以下の移動も）
可能になる。かかる微少移動機能により、剥離能力の高
い（直径０.１５ｍｍ前後）のノズルが使用できる。

【００１９】例えば、0.15ｍｍ直径のウオータジェット
ノズルをロボットの位置決め機能により所定の位置にセ
ットした後、ウオータジェットノズルから噴流を吐出し
て作業させながら微少移動機構により4/100ｍｍずつ所
定方向に移動していけば、剥離・洗浄にムラが起きず、
剥離能力も高い（高いエネルギ密度をそのまま維持して
いる）ので作業効率がよい。また、ロボットを使用して
いるため複雑形状のワークに対応でき、また、多品種の
ワークにも対応できる。

【００２０】なお、図１は制御軸が１軸の場合である
が、後述するように複数軸での制御も可能である。

【００２１】図２は、第二実施形態を示し、上記ボール
ネジ方式による微少移動機構に代えて、リニアモータ方
式による微少移動機構を採用した場合の実施形態であ
る。図２(a)は要部図（一部を断面で示した側面図）、
図２(b)は図２(a)におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。

【００２２】図示するようにロボット１のハンド３に略
逆Ｌ形のベースフレーム１１が取り付けられ、このベー
スフレーム１１にリニアモータ１２による微少移動機構
１３が装備されていると共に、ニアモータ１２の両側に
リニアガイド１４が設けられている。微少移動機構１３
によってＺ軸方向に微少移動できるスライドフレーム１
５には、上記と同様に複数本のウオータジェットノズル
５ａが一定間隔で列設されてなるノズルユニット５が設
けてある。この場合も制御軸は１軸であるが、後述する
ように複数軸での制御も可能である。

【００２３】この構成でも、ウオータジェットノズル５
ａの所定の位置への移動（位置決め）をロボット１に行
わせ、ノズル５ａの微少な移動動作が必要なとき、ロボ
ット１の動作を保持しリニアモータ１２を作動すること
によって、リニアガイド１４をガイドとして必要動作を
行わせることができる。

【００２４】図３は、第三実施形態を示し、制御軸がＹ
Ｚ軸の２軸であって、ボールネジ方式による微少移動機
構を備えているものである。図３(a)は要部図（一部を
断面で示した側面図）、図３(b)は図３(a)におけるＣ−
Ｃ矢視断面図である。

【００２５】図示するように、ボックス状のベースフレ
ーム１６がロボット１のハンド３に取り付けられ、ベー
スフレーム１６の側面にＹ軸サーボモータ１７が設けら
れ、このＹ軸サーボモータの１７の回転軸がＹ軸ボール
ネジ１８として構成されて、両者でＹ軸方向の微少移動
機構６Ｙが形成されている。また、このＹ軸ボールネジ
１８の上下両側にＹ軸リニアガイド１９が配設されてい
る。Ｙ軸ボールネジ１８にＺ軸フレーム２０が螺合して
おり、Ｙ軸サーボモータ１７の作動により、Ｚ軸フレー
ム２０はＹ軸方向（図面上水平方向）に微少移動可能に
なっている。Ｚ軸フレーム２０にはＺ軸サーボモータ２
１が設けられており、このサーボモータ２１の回転軸は
Ｚ軸ボールネジ２２として構成されて、Ｚ軸方向の微少
移動機構６Ｚが形成されている。Ｚ軸ボールネジ２２に
はスライドフレーム２３が螺合し、スライドフレーム２
３にノズルユニット（複数本のウオータジェットノズル
５ａを一定間隔で列設したもの）５が設けられている。
スライドフレーム２３にはＺ軸ボールネジ２２の両側に
リニアガイド２３が設けられている。

【００２６】この構成では、ウオータジェットノズル５
ａはＹＺ軸の２方向に微少移動可能になっており、微少
動作が必要なときはロボット１の動作を保持し、ノズル
ユニット５に装備した２軸のＹＺ軸サーボモータ１７、
２１によりベースフレーム１６とＺ軸フレーム２０のリ
ニアガイド１９，２４をガイドとしてＹＺ軸ボールネジ
１８，２２を介して必要動作を行わせる。ワークの形状
などによって必要に応じてＹ軸およびＺ軸のいずれかの
方向に或いは双方に微少にノズルを移動することによっ
て複雑な形状のワークに対応でき、このときも剥離洗浄
のムラをなくすことができる。

【００２７】図４は、第四実施形態を示し、第三実施形
態と同様に制御軸がＹＺ軸の２軸であって、ボールネジ
方式に代えてリニアモータ方式による微少移動機構を備
えているものである。図４(a)は要部図（一部を断面で
示した側面図）、図４(b)は図４(a)におけるＤ−Ｄ矢視
断面図である。

【００２８】図示するように、ベースフレーム２５がロ
ボット１のハンド３に取り付けられ、このベースフレー
ム２５の側面にＹ軸方向の微少移動機構６Ｙを構成する
Ｙ軸リニアモータ２６が設けられ、このＹ軸リニアモー
タ２６の両側にＺ軸フレーム２７をガイドするためのＹ
軸リニアガイド２８が設けられている。Ｚ軸フレーム２
７にはＺ軸方向の微少移動機構６Ｚを構成するＺ軸リニ
アモータ２９が設けられていると共に、ノズルユニット
（複数本のウオータジェットノズル５ａを一定間隔で列
設したもの）５が設けられている。Ｚ軸フレーム２７に
はスライドフレーム３０が設けられ、Ｚ軸フレーム２７
の両側にＺ軸リニアガイド３１が設けられている。

【００２９】この構成においても、ウオータジェットノ
ズル５ａは、微少移動機構６Ｙ，６ＺによってＹＺ軸の
２方向に微少移動可能になっており、微少動作が必要な
ときはロボット１の動作を保持し、ノズルユニット５に
装備した２軸のＹＺ軸リニアモータ２６，２９によりベ
ースフレーム２５とＺ軸フレーム２７のＹＺ軸リニアガ
イ２８，３１ドをガイドとして必要動作を行わせる。

【００３０】以上のような本願発明に係る剥離・洗浄装
置は、図５に示すような、多関節型の産業ロボット１に
配備され、ウオータジェットノズルの所定位置への移
動、位置決め等の動作はロボットで制御し、ロボットの
苦手とするワークＷに対する微少な移動動作を、ノズル
ユニット５に装備した微少移動機構で制御して効率的な
剥離・洗浄作業を行うものである。このように、本願発
明は、精密移動機能を有したノズルユニットをラフに位
置決めする機能をもったロボットに持たせて剥離・洗浄
をムラなく効率良く行う装置である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したような本願発明では、ロボ
ットの弱点である微少な移動動作をノズルユニットの微
少移動機構で補完し、拡散型ノズルや回転ノズルを使用
することなく、ウオータジェットのもつ高いエネルギ密
度を保持しつつムラのない剥離・洗浄を効率良く行うこ
とができる。

【００３２】従って、多関節型ロボットを使って微少な
移動動作を要求される作業に対応できる結果、構成機器
の簡略化が図れると共に、複雑な形状のワークにも、多
品種のワークにも対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の第一実施形態（ボールネジ方式、制
御軸１軸）を示し、(a)は要部図（一部を断面した側面
図）、(b)は(a)におけるＡ−Ａ矢視断面図である。

【図２】第二実施形態を示し、リニアモータ方式による
微少移動機構を採用した場合の実施形態である。(a)は
要部図（一部を断面した側面図）、(b)は(a)におけるＢ
−Ｂ矢視断面図である。

【図３】第三実施形態を示し、制御軸がＹＺ軸の２軸で
あって、ボールネジ方式による微少移動機構を備えてい
るものである。(a)は要部図（一部を断面した側面
図）、(b)は(a)におけるＣ−Ｃ矢視断面図である。

【図４】第四実施形態を示し、第三実施形態と同様に制
御軸がＹＺ軸の２軸であって、ボールネジ方式に代えて
リニアモータ方式による微少移動機構を備えているもの
である。(a)は要部図（一部を断面した側面図）、(b)は
(a)におけるＤ−Ｄ矢視断面図である。

【図５】本願発明に係る剥離・洗浄装置を多関節型ロボ
ットに装備したときの概略図である。

【図６】従来の多関節型ロボットにウオータジェットノ
ズルを装備した場合の要部図である。

【符号の説明】

１…（多関節型）ロボット ３…ハンド ５…ノズルユニット ５ａ…ウオータジェットノズル ６、６Ｙ，６Ｚ…微少移動機構 ７、１７、２１…サーボモータ ８、１８，２２…ボールネジ ９、１５，２３、３０…スライドフレーム １２、２６，２９…リニアモータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中澤 睦裕 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 Ｆターム(参考） 3B201 AA46 AB51 BB22 BB33 BB55 CD41 4D073 AA09 BB03 CB20 4D075 AA01 AA37 BB04Z EA06 4F035 AA01 BC02 CC01 CD06

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットのハンドに１本又は複数本の剥
   離・洗浄用ウオータジェットノズルを備えたノズルユニ
   ットを取り付けると共に、該ノズルユニットに、該ノズ
   ルをワークに対して微少移動可能とする微少移動機構を
   装備せしめたことを特徴とする剥離・洗浄装置。
2. 【請求項２】 微少移動機構をボールネジ方式又はリニ
   アモータ方式によって構成した請求項１記載の剥離・洗
   浄装置。
3. 【請求項３】 微少移動機構の制御軸がＹ軸とＺ軸の複
   数軸である請求項１又は２記載の剥離・洗浄装置。
4. 【請求項４】 ロボットのハンドにベースフレームを取
   り付け、ベースフレームにサーボモータを設け、このサ
   ーボモータの回転軸をボールネジとし、このボールネジ
   にスライドフレームを螺合すると共に、このスライドフ
   レームに１本又は複数本の剥離・洗浄用ウオータジェッ
   トノズルを備えたノズルユニットを設けたことを特徴と
   する剥離・洗浄装置。
5. 【請求項５】 ロボットのハンドにベースフレームを取
   り付け、ベースフレームにＹ軸サーボモータを設け、こ
   のサーボモータの回転軸をＹ軸ボールネジとし、このボ
   ールネジにＺ軸フレームを螺合し、Ｚ軸フレームにＺ軸
   サーボモータを設けこのサーボモータの回転軸をＺ軸ボ
   ールネジとし、このボールネジにスライドフレームを螺
   合すると共に、このスライドフレームに１本又は複数本
   の剥離・洗浄用ウオータジェットノズルを備えたノズル
   ユニットを設けたことを特徴とする剥離・洗浄装置。
6. 【請求項６】 複数本のウオータジェットノズルが一定
   方向に一定間隔をもって列設された請求項１〜５いずれ
   か１項に記載の剥離・洗浄装置。