JPH10286792A - 平行リンクで構成された脚を有する位置決め装置及び工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 平行リンクで構成された脚を有して可動部材
を空間で平行移動させる位置決め装置に設けられた平行
四辺形のリンク機構を構成するアームに引張り・圧縮方
向以外の方向の負荷がかかると、剛性が低下し位置決め
精度が低下していた。 【解決手段】 第１のアーム２０は、途中に設けられた
第１の連結機構４０により第１のアームの中心軸線Ｃ₁
まわりに相対回動自在に連結された第１，第２のアーム
部材４１，４２を有し、第２のアーム２１，２２は、途
中に設けられた第２の連結機構４３，４３ａにより第２
のアームの中心軸線Ｃ₂ まわりに相対回動自在に連結さ
れた第３，第４のアーム部材４４，４５を有している。
そして、第１のアーム２０の中心軸線Ｃ₁ 及び第２のア
ーム２１，２２の中心軸線Ｃ₂ の両方と直交する軸線Ｄ
のまわりに第１のアーム２０と第２のアーム２１，２２
とが相対的に自在に揺動するように、第１のアーム２０
の端部８１と第２のアーム２１，２２の端部８２とを関
節部４６により連結した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも三本の
脚により可動部材を空間で移動させる位置決め装置に係
り、例えば、可動部材に設けられた主軸を回転させて工
作物を機械加工する工作機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】関節部を介して複数のロボットアームを
直列に連結した産業用ロボットが広く使用されている
が、このロボットアームは片持ち梁構造なので、大きな
質量の運動部を移動させる必要があり、また、関節部の
誤差や遊びが拡大されて位置決め精度が低下する可能性
がある。一方、マシニングセンタなど工作機械では、主
軸と工作物とを相対移動させるのに、大きな質量の主軸
頭，コラム及びテーブル等を移動させるので、大きな駆
動力が必要である。

【０００３】これに対して、例えば特公平４−４５３１
０号公報には、三次元的に運動する三組の脚により可動
部材を空間で移動させる位置決め装置が開示されてい
る。この位置決め装置は「パラレルメカニズム」と一般
的に呼ばれており、従来の産業用ロボットや工作機械等
と比較すると運動部が軽量なので駆動力が小さくて済
み、高速で運動して早送り，位置決めができるという特
徴を有している。

【０００４】従来から各種タイプのパラレルメカニズム
が提案されているが、可動部材を空間で平行移動させる
ために三組のリンク機構で三本の脚を構成し、関節部に
球面軸受を使用したものがある。この構成のパラレルメ
カニズム機構の場合に、可動部材に負荷が掛かると、こ
の負荷は各アームに分散されてリンク機構のアームを引
っ張る力か又は圧縮する力にすべて変換されるので、ア
ームには曲げモーメント荷重やねじり力などは掛からな
い。したがって、可動部材を平行移動させるための構成
が容易で且つ軽量であるにも拘らず、可動部材の機械的
変形が少なく、高い剛性を得ることができるという利点
を有している。

【０００５】本出願人は、本発明の関連技術として特願
平７−３１７１７２号（平成７年１１月１１日付け出
願）で、可動部材を空間で平行移動させるための三本の
脚を有するパラレルメカニズムを使用した位置決め装置
及び工作機械を提案した。この技術では、二本のアーム
とこのアームの端部を連結する二本の他方のアームとで
四辺形をなす三組のリンク機構により三本の脚を構成し
ている。そして、前記他方のアームは、可動部材に取付
けられたハウジングと、このハウジングに回動自在に軸
支されたシャフトと、一方のアームがこのシャフトの回
転中心軸に直交する軸線のまわりに自在に揺動するよう
に、シャフトの両端部と一方のアームの端部とをそれぞ
れ連結する一対の連結部とを設けて、位置決め精度を高
精度にし関節構造が高剛性になるようにしている。

【０００６】前記関連技術では、可動部材を水平にして
三組のリンク機構により空間で平行移動させているが、
可動部材を傾けるような外力（例えば、位置決め装置を
工作機械に応用して、主軸に装着されたエンドミル（工
具）でエンドミル加工等を行った場合に可動部材に掛か
る反力等）が作用する場合がある。前記外力によりリン
ク機構のアームを互い違いに動かすような負荷（即ち、
アームを互いに異なる方向に曲げようとする負荷）が作
用しても、リンク機構のアームどうしを連結する関節部
に球面軸受又はこれに相当するような三自由度を有する
連結機構を用いれば、前記負荷はアームの引張り・圧縮
方向の力にすべて変換される。その結果、各アームに
は、その軸線方向すなわち引張り・圧縮方向のみの力が
作用することになり曲げモーメント荷重やねじり力など
は掛からない。元来、細長いアームは、曲げモーメント
荷重やねじりモーメント荷重等に対する剛性は低いが、
引張り・圧縮方向の力に対しては高い剛性を有している
ので、パラレルメカニズムでは高い剛性を得ることがで
き、可動部材に負荷が掛かってもその変位量は極めて小
さい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記関連技
術に係る位置決め装置では、関節部が球面軸受ではない
ために各関節部が独立して三自由度を有していないの
で、前記反力等が可動部材を水平方向から傾けるように
作用すると、リンク機構にはアームを互いに異なる方向
に曲げようとする負荷が掛かることがある。この負荷
は、アームの引張り・圧縮方向の力に変換されないで、
引張り・圧縮方向以外の方向に曲げモーメント荷重やね
じり力等となって作用する。特に、関節部にころがり軸
受を使用した場合などには、ころがり軸受の点接触の部
分に前記負荷が集中してこの部分が弾性変形し、剛性に
悪影響を与える可能性がある。

【０００８】なお、関節部に球面軸受を使用すれば、各
関節部が独立して三自由度を有するので、上述のように
アームを互いに異なる方向に曲げようとする荷重が掛か
っても、アームには引張り・圧縮方向の力のみが作用す
る。ところが、球面軸受は滑り摩擦なので、摺動部に微
小な間隙を確保する必要があることから、予圧をかける
ことが困難である。そのため、摺動部の間隙や誤差によ
り剛性を高めるのにも限界があり、位置決め精度が低く
耐久性も十分ではない。このように、少なくとも三本の
脚を有して可動部材を空間で移動させる位置決め装置に
設けられた平行四辺形のリンク機構を構成するアーム
に、引張り・圧縮方向以外の方向に負荷が掛かると剛性
が低下するという課題があった。

【０００９】本発明は、斯かる課題を解決するためにな
されたもので、リンク機構のアームに掛かる外力を引張
り・圧縮方向の力に変換して、剛性を向上させて位置決
め精度を高精度にすることができる平行リンクで構成さ
れた脚を有する位置決め装置及び工作機械を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明に係る平行リンクで構成された脚を有する位
置決め装置は、一対の第１のアームとこの一対の第１の
アームの両方の一端の間及び他端の間にそれぞれ配置さ
れた一対の第２のアームとで平行四辺形をなす少なくと
も三組のリンク機構により少なくとも三本の脚を構成
し、前記第１のアームの前記一端に配置された前記第２
のアームを駆動側部材を介して移動させることにより、
前記第１のアームの前記他端に配置された前記第２のア
ームに取付けられた可動部材を空間で移動させて位置決
めする。そして、前記第１のアームは、途中に設けられ
た第１の連結機構により前記第１のアームの中心軸線ま
わりに相対回動自在に連結された第１，第２のアーム部
材を有し、前記第２のアームは、途中に設けられた第２
の連結機構により前記第２のアームの中心軸線まわりに
相対回動自在に連結された第３，第４のアーム部材を有
し、前記第１のアームの中心軸線及び前記第２のアーム
の中心軸線の両方と直交する軸線のまわりに前記第１の
アームと前記第２のアームとが相対的に自在に揺動する
ように、前記第１のアームの端部と前記第２のアームの
端部とを関節部により連結している。

【００１１】前記第１の連結機構は、予圧がかけられた
アーム用ころがり軸受を介して前記第１のアーム部材と
前記第２のアーム部材とを相対的に回動自在に連結し、
前記第２の連結機構は予圧がかけられたアーム用ころが
り軸受を介して前記第３のアーム部材と前記第４のアー
ム部材とを相対的に回動自在に連結し、前記駆動側部材
又は前記可動部材に取付けられたケーシングに対して、
前記第３のアーム部材を回動自在に軸支するケーシング
用ころがり軸受に予圧をかけ、前記関節部は、予圧がか
けられた関節部用ころがり軸受により前記第１のアーム
の前記端部と前記第２のアームの前記端部とを連結する
のが好ましい。

【００１２】好ましい実施形態に係る平行リンクで構成
された脚を有する工作機械は、一対の第１のアームとこ
の一対の第１のアームの両方の一端の間及び他端の間に
それぞれ配置された一対の第２のアームとで平行四辺形
をなす少なくとも三組のリンク機構により少なくとも三
本の脚を構成し、前記第１のアームの前記一端に配置さ
れた前記第２のアームを駆動側部材を介して移動させる
ことにより、前記第１のアームの前記他端に配置された
前記第２のアームに取付けられて主軸頭が設けられた可
動部材を空間で移動させるとともに、前記主軸頭の主軸
を回転させる。そして、前記第１のアームは、途中に設
けられて予圧がかけられたアーム用ころがり軸受を有す
る第１の連結機構により前記第１のアームの中心軸線ま
わりに相対回動自在に連結された第１，第２のアーム部
材を有し、前記第２のアームは、途中に設けられて予圧
がかけられたアーム用ころがり軸受を有する第２の連結
機構により前記第２のアームの中心軸線まわりに相対回
動自在に連結された第３，第４のアーム部材を有し、前
記第１のアームの中心軸線及び前記第２のアームの中心
軸線の両方と直交する軸線のまわりに前記第１のアーム
と前記第２のアームとが相対的に自在に揺動するよう
に、予圧がかけられた関節部用ころがり軸受を有する関
節部により前記第１のアームの端部と前記第２のアーム
の端部とを連結している。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明における実施の形態
の一例を図１乃至図５を参照して説明する。本発明に係
る平行リンクで構成された脚を有する位置決め装置は、
組立作業又は搬送作業等を行う産業用ロボットや、工作
物の切削など機械加工を行う工作機械に適用することが
できるが、本実施形態では、ドリリングセンタなど工作
機械に適用した場合を示している。なお、位置決め装置
は、少なくとも三組のリンク機構により構成される少な
くとも三本の脚を有していればよく、その他の脚を別途
有する場合であってもよい。

【００１４】図１は本発明に係る工作機械の正面構造
図、図２は図１の工作機械を説明するための概略図であ
る。図１に示すように、位置決め装置としての立形の工
作機械１は、立設された四本の柱２と、柱２の上部に水
平方向に取付けられた天井部材３と、天井部材３の下方
に位置して柱２に水平方向に取付けられて工作物４又は
パレット（図示せず）を着脱可能に載置するためのテー
ブル５とを有している。

【００１５】天井部材３とテーブル５との間の空間が加
工領域６となり、この加工領域６にパラレルメカニズム
機構７の可動部の大部分が配置されている。加工領域６
は、切粉や切削油剤等の飛散防止のために、周囲がスプ
ラッシュカバー８により囲まれた遮蔽空間になってい
る。天井部材３の上部はカバー９で囲まれた駆動室１０
になっており、ここにパラレルメカニズム機構７の駆動
モータ１１など駆動部が配置されている。

【００１６】図１及び図２に示すように、パラレルメカ
ニズム機構７は、可動部材としてのエンドプレート２４
を三次元的に運動させる三本の脚を有しており、三本の
脚は三組のリンク機構２３により構成されている。リン
ク機構２３は、一対の第１のアーム２０と、この一対の
第１のアーム２０の両方の一端（例えば、上端）の間に
配置されて連結された第２のアーム２１と、第１のアー
ム２０の他端（例えば、下端）の間に配置されて連結さ
れた第２のアーム２２とで平行四辺形をなしている。一
対の第２のアーム２１，２２が平行四辺形の短い辺に相
当する。

【００１７】第１のアーム２０の一端（上端）に配置さ
れた第２のアーム２１を駆動側部材２５を介して移動さ
せることにより、第１のアーム２０の他端（下端）に配
置された第２のアーム２２に取付けられたエンドプレー
ト２４を、常に水平な姿勢を維持させながら空間で平行
移動（即ち、並進動作）させて位置決めしている。エン
ドプレート２４はほぼ六角形の板状部材であり、その中
心部には、回転駆動される主軸２６を有する主軸頭２７
が取付けられている。エンドプレート２４より下方に向
けて配置された主軸２６には、ドリルなど工具２８が着
脱可能に装着されている。主軸頭２７には、主軸２６を
回転させるための主軸駆動用モータ３６が取付けられて
いる。主軸２６の軸線方向がＺ軸であり、Ｚ軸とこれに
直交するＸ軸，Ｙ軸とにより工作機械１の直交座標系を
なしている。

【００１８】柱２及び天井部材３は工作機械１のフレー
ムを構成しており、天井部材３の中央部には、下方に突
出してパラレルメカニズム機構７を吊り下げて支持する
支持部２９が一体的に形成されている。支持部２９は下
方を向いている三本のサポート材３０を一体的に有して
おり、これらサポート材３０は周方向に均等に配置され
ている。矢印Ｆに示すように揺動する駆動側部材２５に
は基端部３１が固定されており、この基端部３１が、フ
レーム側即ちサポート材３０に揺動自在に支持されてい
る。駆動側部材２５の先端部３２は、第１のアーム２０
の他端（上端）の第２のアーム２１に揺動自在に連結さ
れている。

【００１９】駆動モータ１１により正逆方向に回転する
ピニオン３３にはラック３４が噛合しており、ラック３
４は、矢印Ｈのように往復移動するとともに、駆動側部
材２５の先端部３２に矢印Ｇのように揺動自在に連結さ
れている。駆動側部材２５は、引張ばね３５により、引
張ばね３５の取付け位置Ｂに働く重力とほぼ同じ付勢力
で上方に引っ張られている。これにより、ピニオン３３
には前記重力による負荷は殆ど掛からず、ラック３４，
駆動側部材２５及びリンク機構２３は、小さな駆動力で
高速度で運動できるようになっている。リンク機構２
３，駆動側部材２５及びラック３４からなる運動部と、
ラック３４に噛合するピニオン３３を回動させる駆動モ
ータ１１とにより構成されるユニット機構３８を三組設
けて、これら三組のユニット機構３８により、リンク機
構２３の下端部に支持されたエンドプレート２４を空間
で水平移動させて位置決めする。

【００２０】主軸駆動用モータ３６と三台の駆動モータ
１１は、制御装置３７により制御される。制御装置３７
は、所定の加工プログラムに従って各駆動モータ１１を
制御し、各運動部の各リンク機構２３を移動させて変形
させることにより、工具２８の軌跡を制御するととも
に、主軸駆動用モータ３６を駆動して主軸２６及び工具
２８を回転させる。

【００２１】図３は一組のリンク機構２３の構成を示す
図で一部を断面で示している。図４は図３のＩＶ−ＩＶ
線断面図、図５はリンク機構２３を有するユニット機構
３８の下部を示す平面図で一部を断面で示している。図
３乃至図５に示すように、第１のアーム２０は、途中に
設けられた第１の連結機構４０により第１のアーム２０
の中心軸線Ｃ₁ まわりに相対回動自在に連結された第
１，第２のアーム部材４１，４２を有している。

【００２２】リンク機構２３の上部側の第２のアーム２
１は、途中に設けられた第２の連結機構４３により第２
のアーム２１の中心軸線Ｃ₂ まわりに相対回動自在に連
結された第３，第４のアーム部材４４，４５を有してい
る。リンク機構２３の下部側の第２のアーム２２も、途
中に設けられた第２の連結機構４３ａにより第２のアー
ム２２の中心軸線Ｃ₂ まわりに相対回動自在に連結され
た第３，第４のアーム部材４４，４５を有している。

【００２３】第１のアーム２０の中心軸線Ｃ₁ 及び第２
のアーム２１，２２の中心軸線Ｃ₂の両方と直交する軸
線Ｄのまわりに、第１のアーム２０と第２のアーム２
１，２２とが相対的に自在に揺動するように、第１のア
ーム２０の端部と第２のアーム２１，２２の端部とが関
節部４６により連結されている。各リンク機構２３の下
部側の三つの第２のアーム２２は、周方向に均等に配置
されて、エンドプレート２４にボルト（図示せず）によ
り所定位置に位置決め固定されている。

【００２４】第１の連結機構４０は、予圧がかけられた
アーム用ころがり軸受４７を介して、第１のアーム部材
４１と第２のアーム部材４２とを相対的に回動自在に連
結している。第１の連結機構４０において、第１のアー
ム部材４１には、中心軸線と同心で且つ有底中空円筒状
のハウジング４８が一体的に形成されている。ハウジン
グ４８の中空部には、第２のアーム部材４２の端部４９
が挿入されており、この端部４９とハウジング４８との
間に、アーム用ころがり軸受４７が配設されている。

【００２５】アーム用ころがり軸受４７の外輪はハウジ
ング４８の内周面５０に密着し、内輪は第２のアーム部
材４２の端部４９の外周面に密着している。アーム用こ
ろがり軸受４７にはアンギュラ玉軸受が好適である。並
設された二つのアーム用ころがり軸受４７の間には、端
部４９とハウジング内周面５０に嵌合する円環状のスペ
ーサ５１ａ，５１ｂが配設されている。両方のアーム用
ころがり軸受４７は、このスペーサ５１ａ，５１ｂに所
定の寸法差をもたせることによりラジアル方向及びスラ
スト方向の荷重を受けられるように与圧がかけられてい
る。

【００２６】第２のアーム部材４２の端部４９にアーム
用ころがり軸受４７を装着して位置決め保持できるよう
に、端部４９の外径は他の部分より小径に形成されてい
る。第２のアーム部材４２の端部４９に形成されたねじ
部５３にナット５４をねじ込んで、アーム用ころがり軸
受４７，４７等の内輪側を第２のアーム部材４２に固定
する。

【００２７】ハウジング４８の内周面５０には段付き部
５６が形成され、アーム用ころがり軸受４７，４７等の
外輪側は固定部材５５で固定されている。このように配
置することにより、アーム用ころがり軸受４７にはラジ
アル方向及びスラスト方向の予圧がかけられているの
で、第１のアーム部材４１と第２のアーム部材４２との
間には遊びがなく、第１，第２のアーム部材４１，４２
は高精度に相対回動する。

【００２８】第２のアーム２１，２２にそれぞれ設けら
れた第２の連結機構４３，４３ａは、ラジアル方向及び
スラスト方向の予圧がかけられたアーム用ころがり軸受
４７を介して、第３のアーム部材４４と第４のアーム部
材４５とを相対的に回動自在に連結している。なお、第
１の連結機構４０と同一又は相当部分には同一符号を付
してその説明を省略する。

【００２９】第３のアーム部材４４に一体的に形成され
た有底中空円筒状のハウジング４８は、駆動側部材２５
に取付けられたケーシング６０又はエンドプレート２４
に取付けられたケーシング６０ａに、ケーシング用ころ
がり軸受６１を介して相対回動自在に軸支されている。
ケーシング用ころがり軸受６１には、ラジアル方向及び
スラスト方向の予圧がかけられている。

【００３０】二個のケーシング用ころがり軸受６１の内
輪はハウジング４８の外周面６２に嵌合し、外輪はケー
シング６０，６０ａの内周面６３に嵌合している。二個
のケーシング用ころがり軸受６１の間には、ケーシング
内周面６３に嵌合するスペーサ６４が配設されている。
ケーシング６０，６０ａの内周面６３は円形状に形成さ
れている。上方の第２のアーム２１のケーシング６０は
駆動側部材２５の先端部３２に固定されており、外周面
６５がほぼ円形状をなしている。下方の第２のアーム２
２のケーシング６０ａの外周面６５ａはほぼ矩形状に形
成されている。ケーシング６０，６０ａの一方の開口部
には、ケーシング用ころがり軸受６１を位置決め保持す
るための固定部材６６が取付けられており、ケーシング
用ころがり軸受６１には予圧がかけられている。

【００３１】このように、第２の連結機構４３，４３ａ
においても、アーム用ころがり軸受４７及びケーシング
用ころがり軸受６１に予圧がかけられているので、これ
らアーム用ころがり軸受４７及びケーシング用ころがり
軸受６１には遊びがなく高精度になっている。したがっ
て、第３のアーム部材４４と第４のアーム部材４５は、
中心軸線Ｃ₂まわりに高精度に自在に相対回動する。更
に、駆動側部材２５又はエンドプレート２４は、第２の
アーム２１，２２に対して中心軸線Ｃ₂ まわりに高精度
で自在に揺動する。

【００３２】関節部４６は、第１のアーム２０側に配設
されて予圧がかけられた関節部用ころがり軸受７０によ
り、第１のアーム２０の端部８１と、第２のアーム２
１，２２の端部８２とを連結している。関節部用ころが
り軸受７０は、予圧をかけることにより遊びのない高精
度なものになっている。第２のアーム２１，２２の端部
８２は二股状に形成されており、端部８２には貫通孔７
４が軸線Ｄ方向に穿設されている。この二股状の端部８
２の間に関節部用ころがり軸受７０が配設されている。

【００３３】並設された二つの関節部用ころがり軸受７
０の間にはスペーサ７８が配設され、両方の端部８２の
内面と関節部用ころがり軸受７０との間にもそれぞれス
ペーサ７９が配設されている。関節部用ころがり軸受７
０を介して、第１のアーム２０と第２のアーム２１，２
２とが相対的に揺動自在になっている。なお、本実施形
態の関節部では関節部用ころがり軸受７０が第１のアー
ム２０側に設けられているが、関節部用ころがり軸受を
第２のアーム２１，２２側に設けて、関節部を介して第
１のアーム２０と第２のアーム２１，２２とを相対的に
揺動自在にしてもよい。

【００３４】第２のアーム２１，２２の両方の端部８２
に形成された二股状部に、支持軸７１が軸線Ｄ方向に向
けて掛け渡されている。頭部７２を有する支持軸７１の
ねじ部７１ａには、ナット７３がねじ込まれている。第
２のアーム２１，２２の二股状の端部８２の間に関節部
用ころがり軸受７０を配置した状態で、端部８２の貫通
孔７４と関節部用ころがり軸受７０の中心孔内部に支持
軸７１を挿通して支持軸７１にナット７３をねじ込め
ば、第２のアーム２１，２２の端部８２と関節部用ころ
がり軸受７０の内輪とが、支持軸７１により両側から挟
持された状態で一体化し、関節部用ころがり軸受７０に
ラジアル方向及びスラスト方向の所定の予圧をかけるこ
とができる。第２のアーム２１，２２の端部８２と第１
のアーム２０の端部８１とは、相対的に揺動自在になっ
ている。第１のアーム２０の端部８１に軸線Ｄ方向に向
けて形成された嵌合孔７５内に、関節部用ころがり軸受
７０の外輪が嵌合している。

【００３５】駆動側部材２５又はエンドプレート２４に
固定されたケーシング６０，６０ａ内で、第３，第４の
アーム部材４４，４５が中心軸線Ｃ₂ まわりに自在に回
動し、且つ、第１のアーム２０が第２のアーム２１，２
２に対して軸線Ｄまわりに自在に揺動する。これによ
り、第１のアーム２０は、前記回動動作と前記揺動動作
とを組み合わせて、両方の中心軸線Ｃ₁ ，Ｃ₂ と軸線Ｄ
との交点Ｐを中心として自在に揺動することになり、あ
たかも三自由度を有する節で構成されたリンク機構のよ
うな運動を実現できる。リンク機構２３は、常に平行四
辺形を保ちながら精度よく滑らかに変形する。

【００３６】次に、本実施形態の動作を説明する。制御
装置３７から駆動信号が三台の駆動モータ１１と主軸駆
動用モータ３６に出力されると、各駆動モータ１１はピ
ニオン３３を回動させ、主軸駆動用モータ３６は主軸２
６を回転させる。ピニオン３３の正方向又は逆方向の回
転運動により、ラック３４は矢印Ｇに示すように揺動し
ながら矢印Ｈに示すように移動する。

【００３７】ラック３４のこの移動動作により、駆動側
部材２５が基端部３１を中心として矢印Ｆのように上下
に揺動するので、駆動側部材２５の先端部３２に連結す
る上方の第２のアーム２１を介してリンク機構２３が三
次元的に運動する。これにより、エンドプレート２４は
水平の姿勢を保ちながら平行移動することになり、主軸
２６により回転する工具２８によって、工作物４に対す
るタッピング，穴加工，エンドミル加工など機械加工が
行われる。

【００３８】第１，第２の連結機構４０，４３，４３ａ
のアーム用ころがり軸受４７と、第２の連結機構４３，
４３ａのケーシング用ころがり軸受６１と、関節部４６
の関節部用ころがり軸受７０に、それぞれ予圧をかけて
いるので、これらころがり軸受４７，６１，７０には遊
びがない。したがって、リンク機構２３の剛性と精度が
向上することになり、リンク機構２３が高速で三次元運
動しても、高精度にエンドプレート２４の位置決めがで
きる。ころがり軸受４７，６１，７０は、予圧をかけて
も摩擦抵抗が少なく且つ耐久性に優れている。

【００３９】工具２８で工作物４を加工することによ
り、エンドプレート２４には反力が掛かる。この反力が
エンドプレート２４を水平移動させる力である場合に
は、この負荷は、リンク機構２３の第１のアーム２０と
第２のアーム２１，２２の引張り・圧縮方向すなわち中
心軸線Ｃ₁ ，Ｃ₂ 方向の力にすべて変換されるので、第
１のアーム２０，第２のアーム２１，２２には曲げモー
メント荷重やねじり力などは作用しない。

【００４０】ところが、工具２８で工作物４を加工する
時に、加工による反力が、エンドプレート２４を水平状
態から傾けるような方向にも作用する場合がある。この
負荷が、エンドプレート２４とケーシング６０ａを介し
てリンク機構２３に伝わると、第１のアーム２０と第２
のアーム２１，２２には、引張り・圧縮方向以外の方向
の荷重（即ち、曲げモーメント荷重やねじり力等）が作
用して、一対の第１のアーム２０，第２のアーム２１と
第２のアーム２２とを互いに異なる方向に揺動させよう
とする。

【００４１】そこで、本発明の第１のアーム２０に第１
の連結機構４０を設けたので、アーム用ころがり軸受４
７を介して第１のアーム部材４１，第２のアーム部材４
２が、図３の矢印に示すように互いに独立して自在に相
対回動する。一方、第２のアーム２１，２２にも第２の
連結機構４３，４３ａを設けたので、アーム用ころがり
軸受４７を介して第３のアーム部材４４，第４のアーム
部材４５が、図３の矢印に示すように互いに独立して自
在に相対回動する。

【００４２】したがって、四箇所の関節部４６ごとに、
第２のアーム２１，２２と第１のアーム２０とは三自由
度を有して連結されていることになる。これは即ち、リ
ンク機構の関節部に球面軸受を使用した場合と同じ自由
度を実現している。その結果、曲げモーメント荷重やね
じり力など前記荷重は、第１のアーム２０，第２のアー
ム２１，２２の引張り・圧縮方向の力にすべて変換され
ることになり、第１のアーム２０，第２のアーム２１，
２２は、曲げられたりねじられることなく三次元運動を
する。

【００４３】リンク機構２３の構成エレメントは、引張
り・圧縮方向の荷重に対しては高い剛性があるのに対し
て、この方向以外の方向の荷重に対する剛性は低いが、
第１のアーム２０，第２のアーム２１，２２には軸線方
向の力のみが作用するので、リンク機構２３全体の剛性
が向上する。関節部４６の関節部用ころがり軸受７０の
点接触部分に荷重が集中的に掛かることはなく、エンド
プレート２４は常に水平の姿勢を維持しながら並進動作
して早送り及び位置決めされ、工作物４が高精度で加工
される。

【００４４】関節部に球面軸受を使用した場合には、予
圧をかけることができないため剛性が低くなり位置決め
精度が悪くなる恐れがあった。これに対して、本発明の
関節部４６では、積極的に予圧をかけた関節部用ころが
り軸受７０により第１のアーム２０と第２のアーム２１
又は２２とを連結するとともに、第１，第２の連結機構
４０，４３，４３ａの各ころがり軸受４７，６１にも積
極的に予圧をかけたので、リンク機構２３全体の剛性が
向上する。

【００４５】なお、ころがり軸受４７，６２，７０は、
アンギュラ玉軸受に限定されることはなく、予圧がかけ
られる構造の玉軸受，ころ軸受等であってもよく、ま
た、単列の軸受でも複列の軸受でもよい。前記実施形態
では、アンギュラ玉軸受でラジアル方向とスラスト方向
の荷重を受ける場合について説明したが、ラジアル軸受
とスラスト軸受をそれぞれ別個に設けてもよい。

【００４６】このように、リンク機構２３の剛性と精度
が向上するので、本発明は工作機械に適用するのが好適
であるが、組立作業，塗装作業，搬送作業，測定作業又
は加工作業等に使用される産業用ロボットにも適用する
ことができる。例えば、搬送用ロボットの場合には、エ
ンドプレート２４の下面にバキューム式の吸盤を取付け
て被搬送物を吸引して吸着搬送することができる。ま
た、エンドプレート２４にタッチセンサ又はレーザ加工
ヘッドを取付ければ、それぞれ三次元測定機又はレーザ
加工機になる。

【００４７】また、本実施例では三本の脚によってエン
ドプレート２４を平行移動させているが、これに限定さ
れることはない。即ち、四本以上の脚を設け、エンドプ
レートに取付けられた工具を三次元空間に所定の傾斜角
を有して移動させるようにしてもよく、この傾斜角を自
在に変化させるようにしてもよい。なお、各図中同一符
号は同一又は相当部分を示す。

【００４８】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、リ
ンク機構のアームに掛かる外力を引張り・圧縮方向の力
に変換して、剛性を向上させて位置決め精度を高精度に
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１乃至図５は本発明の実施形態の一例を示す
図で、図１は工作機械の正面構造図である。

【図２】図１の工作機械を説明するための概略図であ
る。

【図３】一組のリンク機構の構成を示す図で一部を断面
で示している。

【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

【図５】リンク機構を有するユニット機構の下部を示す
平面図で一部を断面で示している。

【符号の説明】

１ 工作機械（位置決め装置） ２０ 第１のアーム ２１，２２ 第２のアーム ２３ リンク機構 ２４ エンドプレート（可動部材） ２５ 駆動側部材 ２６ 主軸 ２７ 主軸頭 ４０ 第１の連結機構 ４１ 第１のアーム部材 ４２ 第２のアーム部材 ４３，４３ａ 第２の連結機構 ４４ 第３のアーム部材 ４５ 第４のアーム部材 ４６ 関節部 ４７ アーム用ころがり軸受 ６０，６０ａ ケーシング ６１ ケーシング用ころがり軸受 ７０ 関節部用ころがり軸受 ８１ 第１のアームの端部 ８２ 第２のアームの端部 Ｃ₁ 第１のアームの中心軸線 Ｃ₂ 第２のアームの中心軸線 Ｄ 直交する軸線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の第１のアームとこの一対の第１の
   アームの両方の一端の間及び他端の間にそれぞれ配置さ
   れた一対の第２のアームとで平行四辺形をなす少なくと
   も三組のリンク機構により少なくとも三本の脚を構成
   し、 前記第１のアームの前記一端に配置された前記第２のア
   ームを駆動側部材を介して移動させることにより、前記
   第１のアームの前記他端に配置された前記第２のアーム
   に取付けられた可動部材を空間で移動させて位置決めす
   る装置であって、 前記第１のアームは、途中に設けられた第１の連結機構
   により前記第１のアームの中心軸線まわりに相対回動自
   在に連結された第１，第２のアーム部材を有し、 前記第２のアームは、途中に設けられた第２の連結機構
   により前記第２のアームの中心軸線まわりに相対回動自
   在に連結された第３，第４のアーム部材を有し、 前記第１のアームの中心軸線及び前記第２のアームの中
   心軸線の両方と直交する軸線のまわりに前記第１のアー
   ムと前記第２のアームとが相対的に自在に揺動するよう
   に、前記第１のアームの端部と前記第２のアームの端部
   とを関節部により連結したことを特徴とする平行リンク
   で構成された脚を有する位置決め装置。
2. 【請求項２】 前記第１の連結機構は、予圧がかけられ
   たアーム用ころがり軸受を介して前記第１のアーム部材
   と前記第２のアーム部材とを相対的に回動自在に連結
   し、 前記第２の連結機構は予圧がかけられたアーム用ころが
   り軸受を介して前記第３のアーム部材と前記第４のアー
   ム部材とを相対的に回動自在に連結し、前記駆動側部材
   又は前記可動部材に取付けられたケーシングに対して、
   前記第３のアーム部材を回動自在に軸支するケーシング
   用ころがり軸受に予圧をかけ、 前記関節部は、予圧がかけられた関節部用ころがり軸受
   により前記第１のアームの前記端部と前記第２のアーム
   の前記端部とを連結したことを特徴とする請求項１に記
   載の平行リンクで構成された脚を有する位置決め装置。
3. 【請求項３】 一対の第１のアームとこの一対の第１の
   アームの両方の一端の間及び他端の間にそれぞれ配置さ
   れた一対の第２のアームとで平行四辺形をなす少なくと
   も三組のリンク機構により少なくとも三本の脚を構成
   し、 前記第１のアームの前記一端に配置された前記第２のア
   ームを駆動側部材を介して移動させることにより、前記
   第１のアームの前記他端に配置された前記第２のアーム
   に取付けられて主軸頭が設けられた可動部材を空間で移
   動させるとともに、前記主軸頭の主軸を回転させる工作
   機械であって、 前記第１のアームは、途中に設けられて予圧がかけられ
   たアーム用ころがり軸受を有する第１の連結機構により
   前記第１のアームの中心軸線まわりに相対回動自在に連
   結された第１，第２のアーム部材を有し、 前記第２のアームは、途中に設けられて予圧がかけられ
   たアーム用ころがり軸受を有する第２の連結機構により
   前記第２のアームの中心軸線まわりに相対回動自在に連
   結された第３，第４のアーム部材を有し、 前記第１のアームの中心軸線及び前記第２のアームの中
   心軸線の両方と直交する軸線のまわりに前記第１のアー
   ムと前記第２のアームとが相対的に自在に揺動するよう
   に、予圧がかけられた関節部用ころがり軸受を有する関
   節部により前記第１のアームの端部と前記第２のアーム
   の端部とを連結したことを特徴とする平行リンクで構成
   された脚を有する工作機械。