JP2004025370A

JP2004025370A - ボールコンプライアンス機構およびこれを用いた組立装置

Info

Publication number: JP2004025370A
Application number: JP2002186014A
Authority: JP
Inventors: Tadato Shimomoto; 下元　唯人; Tetsuzo Toya; 遠矢　哲三; Ichiro Ito; 伊藤　一朗
Original assignee: Toshiba Digital Media Engineering Corp
Current assignee: Toshiba Development and Engineering Corp
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】挿入物と被挿入物との衝突あるいは摩擦に起因するゴミの発生を防止したコンプライアンス機構を提供すること。
【解決手段】外周に鍔部１２を有するフロータ１３と、その鍔部１２の上下にボール１４を配置し、さらに、そのボール１４を覆うハウジング１５からなるボールコンプライアンス機構を備えている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば中央に回転軸受け孔が設けられた磁気ディスクを記録再生装置の回転軸に自動的に嵌合させる場合、あるいは基体に設けられた長穴にシャフトを自動的に挿入する場合等に用いられるコンプライアンス機構およびこれを用いた組立装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットによる生産ラインにおいては、例えば、シャフトを被挿入物に挿入する作業が行われる。このような作業においては、第１ステップとして、自動位置決め装置によりシャフトを被挿入物の穴の近傍に移動させ、次いで、第２ステップとして、被挿入物の穴の開口部に形成した傾斜面すなわち、面取りを利用して最終的にシャフトを被挿入物の穴に挿入する。そしてこの第２ステップにおいては、シャフトを柔軟に保持し、シャフトの面取りに沿って挿入するリモート・センター・コンプライアンス機構（以下、ＲＣＣ機構と呼ぶ）が用いられている。
【０００３】
このＲＣＣ機構は、図１０に示すように、ロボットアーム１に連結されるアーム側プレート２と、シャフト３を挟むグリッパー４に連結されるグリッパー側プレート５とを備え、これらのプレート２、５は、ゴムなどの材質からなるマウント６により所定の間隔に連結されると共に、それらの中心部がストッパー７で搖動可能に支えられている。
【０００４】
このＲＣＣ機構は、シャフト３を被挿入物９に形成された穴８に挿入するに際し、シャフト３と穴８との間の水平方向あるいは角度方向の位置ずれを、ストッパー７を中心に左右および角度方向に動くプレート２、５の作用により補正し、挿入する。
【０００５】
このＲＣＣ機構による位置角度補正の動作を図１１に示す。同図の（Ａ）はＲＣＣ機構の水平方向および角度方向の動きを示す図、（Ｂ）〜（Ｅ）はシャフトが穴に挿入される過程におけるＲＣＣ機構の動きを模式的に示した図である。同図（Ｂ）においては、シャフト３と穴８との間に水平方向の誤差があると、穴８に形成された傾斜面すなわち面取りにより、シャフト３の先端に水平方向の分力が生ずる。この水平方向の分力は、同図（Ｃ）に示されているように、グリッパー側プレート５を水平方向に移動させ、これによってシャフト３は水平方向に移動して穴に挿入される。
【０００６】
また、同図（Ｄ）のように、シャフト３と穴８との間に角度方向の誤差がある場合、両者は２点で接触し、これらの接触店における反力により、シャフト３には回転モーメントが生ずる。この回転モーメントはシャフト３によりグリッパー側プレート５に伝達され、プレート５は同図（Ｅ）に示すように、マウント６のゴム弾性により図１０のストッパー７の周りに回転する。これによって、シャフト３は穴８の方向に沿って挿入される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術においては、シャフト３が被挿入物９の穴８内に挿入される途中でシャフト８と被挿入物９とが互いに衝突し、あるいは、両者の接触後、ＲＣＣ機構を構成するマウント６の弾性復元力によって、両者間に接触摩擦が生じる。このため、部品表面に削れあるいは剥がれが生じ、これらによって生ずる微粉末が微細ゴミとなる。このような微細なゴミの発生は、高精度な部品加工、例えば、クリーンルーム内での高密度記録用のハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などの組立作業においては大きな問題となっていた。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、組立の際に挿入物と被挿入物との接触による微細ゴミの発生を防止できるコンプライアンス機構およびこれを用いた組立装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のボールコンプライアンス機構は、外周に鍔部を有するフロータと、この鍔部の上下に配置された複数個のボールと、これらのボールを前記フロータ外周の鍔部の上下において転がり可能に収納すると共に、前記フロータを水平方向に移動可能に収納するハウジングとを備えることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明のボールコンプライアンス機構においては、前記フロータは筒体であり、このフロータの外周壁内部には下部においてノズルが開口するバキュームエアーホールが設けられ、このバキュームエアーホールにより被挿入孔が設けられた板状被挿入物を前記ノズルに吸着させることを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、本発明のボールコンプライアンス機構においては、前記フロータ外周の鍔部上下の少なくも一方には、前記複数個のボールが収納される孔が設けられた環状のリテーナが配置されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明のボールコンプライアンス機構を用いた組立装置は、上記のように構成されたボールコンプライアンス機構部をロボットの制御によって水平および垂直方向に移動し、挿入物を被挿入物に挿入することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明のボールコンプライアンス機構を用いた組立装置においては、前記挿入物および被挿入物のいずれか一方の端部には、他方の水平方向の移動を垂直方向の移動に案内する傾斜部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１乃至図３について説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施形態であるボールコンプライアンス機構の断面図、図２は本発明によるボールコンプライアンス機構の要部の構造を示す図で、（Ａ）は分解斜視図、（Ｂ）は組み立てた状態を示す斜視図である。
【００１６】
本発明によるボールコンプライアンス機構は、ホールフロータ１３とその周りを覆っているハウジング１５とから構成されている。ホールフロータ１３は、中心に後述する固定軸が通過する中空部が形成された円筒部材１１を備え、その上下方向のほぼ中心部外周面には鍔部１２が設けられている。鍔部１２の上下には複数のボール１４がホールフロータ１３の外周面に沿って配列されている。これらのボール１４はホールフロータ１３とともにハウジング１５内に収納されている。ハウジング１５はホールフロータ１３の周囲に形成された断面がコ字状の容器であり、ホールフロータ１３はボール１４を介してハウジング１５内において水平方向に移動可能に収納されている。
【００１７】
次に、ホールフロータ１３の肉厚内には上下方向に貫通する複数個のバキュームホール１０が形成されている。そしてこれらのバキュームホール１０の上端には、エアーバキューム用チューブ１６が連結され、バキュームホール１０の下端にはリング状のエアー吸引用ノズル１７が連結されている。このノズル１７には、例えば、ＨＤＤ装置に用いられる磁気ディスク１８が吸着されている。すなわち、ノズル１７はホールフロータ１３と同心的に配置されたリングにバキュームホール１０に蓮通する吸着孔が形成されており、エアーバキューム用チューブ１６を介してバキュームホール１０が排気されると、磁気ディスク１８がノズル１７に吸着される。
【００１８】
また、このハウジング１５の外周部に固定された連結部１９はロボット２０に連結されており、ボールコンプライアンス機構はロボット２０によりその位置が上下左右自在に移動制御される。
【００１９】
図２には本発明のボールコンプライアンス機構の要部である、ホールフロータ、ボール、ハウジングおよび吸着ノズル１７の配置関係が詳細に示されている。
【００２０】
同図（Ａ）において、ハウジング１５の下半分部の底部１５Ａにボール１４が配列され、この配列されたボール１４の上にホールフロータ１３の鍔部１２が載置される。また、この鍔部１２の上にもボール１４が配列され、その上には図示しないが、ハウジング１５の上半分部が載置される。そして、ハウジング１５の下半分部の下部にはノズル１７が取り付けられる。同図（Ｂ）にはホールフロータ、ボールおよびハウジング下半分部が組み立てられた状態が示されている。
【００２１】
図３はこのように構成された本発明のボールコンプライアンス機構の動作を説明するための図で、固定軸（シャフト）が被挿入物に形成された穴に挿入される際の動作を示している。
【００２２】
すなわち、ロボット２０を作動させてボールコンプライアンス機構を移動させ、被挿入物である磁気ディスク１８をその中心孔が固定軸２１に挿入される位置に移動させる。その後ボールコンプライアンス機構を徐々に固定軸２１に向けて押し下げていく。この時、図示のように、磁気ディスク１８の中心孔のエッジ１８Ａを固定軸２１の面取り部分２２の傾斜範囲に位置させて固定軸２１への磁気ディスク１８の挿入を開始する。
【００２３】
この挿入が開始されると、磁気ディスクは、固定軸２１の面取り部分２２、すなわち、その傾斜部分による接触反力を受ける。ボールコンプライアンス機構のホールフロータ１３は、この水平分力で水平方向に移動するため、固定軸２１が磁気ディスク１８の中心孔へ容易に挿入される。すなわち、ホールフロータ１３はボール１４の回転により水平方向の移動が極めてスムースに行われる。このため、ホールフロータ１３にはその移動に伴う復元力は作用せず、固定軸２１と磁気ディスク１８の中心孔との接触摩擦も極めて小さい。この結果、材料の削れあるいは剥がれに起因する微細ゴミの発生も完全に防ぐことが出来る。
【００２４】
また、ボールコンプライアンス機構の水平方向の位置決めは、磁気ディスク１８の中心孔エッジ１８Ａを固定軸２１の面取り部分２２の傾斜範囲内に位置させればよく、その結果、高精度な位置出し機構を必要としないので、部品間の嵌め合いが小さいものほど有効になる。
【００２５】
次に、本発明による他の実施形態を図４乃至図５について説明する。
【００２６】
図４は、本発明の他の実施形態であるボールコンプライアンス機構の断面図、図５は図４に示すボールコンプライアンス機構の要部の構造を示す図で、（Ａ）は分解斜視図、（Ｂ）は組み立てた状態を示す斜視図である。
【００２７】
なお、図４乃至図５において、図１乃至図２と同一構成部分には同一符号を付して示し、その部分の詳細な説明は省略して、以下では図１乃至図２と相異する部分について説明する。
【００２８】
図４において、ハウジング１５内におけるボール１４の配列位置関係を保持させるために、ハウジング１５とホールフロータ１３の鍔部１２との間にリテーナ２３を置いて、ボール１４はこのリテーナ２３を介在させた配列構成になっている。
【００２９】
この構成を、図５について、さらに、詳細に説明すると、リテーナ２３はハウジング１５の底部１５Ａの幅に対応した幅の板状リングであり、多数の孔２４が一定間隔で形成されている。そして、リテーナ２３は鍔部１２の上下に配置され、その孔２４内にボール１４が入れられた構成になっている。なお、同図にはハウジング１５の下半分のみが示されているが、ハウジング１５の上半分は、図示しないがホールフロータ１３およびその鍔部１２上に配置されたリテーナ２３を上方から覆うように配置される。
【００３０】
このように、リテーナ２３を鍔部１２の上下に配置させたリテーナ２３の孔２４内にボール１４を収納することによって、ボール１４同士の干渉がなくなり、ホールフロータ１３の水平方向の移動は一層滑らかになり、固定軸２１への磁気ディスク１８の挿入動作を容易に行なうことが出来る。
【００３１】
図６は、本発明の更に他の実施形態を示す図で、（Ａ）は組立装置の断面図、（Ｂ）は同図（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、（Ｃ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面を矢印方向に見た図である。なお、図６においても、図１乃至図２と同一構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略し、以下では図１乃至図２と相異する部分について説明する。
【００３２】
この実施形態においては、同図（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、ホールフロータ１３の鍔部１２に２つの溝２５が形成されている。２つの溝２５は鍔部１２の径方向対向部分に形成されているが、溝２５の個数は１個でもよい。他方、ハウジング１５には上下方向に延長する２本の回転止め棒２６が上蓋と底部に固定されている。これらの回転止め棒２６はホールフロータ１３の鍔部１２に設けられた溝２５に挿入されている。回転止め棒２６の水平断面内の径は溝２５の幅よりも十分に小さく形成され、ホールフロータ１３の水平移動を制限することなく、水平面内での回転を抑制するように構成されている。なお、回転止め棒２６には、溝２５を通過する部分にベアリング２７が設けられ、ホールフロータ１３の水平移動時における、回転止め棒２６と溝２５との接触摩擦を減少させる。
【００３３】
このような構成にすることによって、被挿入物である磁気ディスク１８を固定軸２１に挿入する作業時に、ホールフロータ１３の水平方向の移動を抑制せずに、水平面内での回転を阻止することが出来る。
【００３４】
図７は、本発明の更に他の実施形態を示す図で、（Ａ）は組立装置の断面図、（Ｂ）は図（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【００３５】
なお、図７においても、図１乃至図２と同一構成部分には同一符号を付して詳細な説明は省略し、以下では図１乃至図２と相異する部分について説明する。
【００３６】
この実施形態においては、同図（Ａ）に示すように、ホールフロータ１３の上部外周面にストッパー２９が設置されている。このストッパー２９はホールフロータ１３の上部外周面に図示しないモータなどを用いた駆動機構により接離可能に配置されたゴムタイヤ３０で構成されている。尚、ストッパー２９は、ゴムタイヤ以外のもの例えば歯車でも良い。但し、この場合、ホールフロータ１３のストッパー２９との接触面も歯車状に加工しておく。ゴムタイヤ３０は、断面がコ字上のホルダー３１内に垂直方向に支持された回転軸の周りに回転可能に支持されている。
【００３７】
ストッパー２９は、同図（Ｂ）に示されるように、ホールフロータ１３の外周面の３ケ所に、図示しないモータなどを用いた駆動機構によりホールフロータ１３の外周面に接離可能に配置されている。また、スットパー２９は、図示しないモータなどを用いた駆動機構により、ゴムタイヤ３０をホールフロータ１３の外周面に３つ同時に圧接し、あるいは各々個別のタイミングで圧接し、ホールフロータ１３を水平面内で任意の位置に固定できるよう制御され、さらに、ゴムタイヤ３０をホールフロータ１３の外周面に圧接した状態では、図示しないモータなどを用いた駆動機構によりゴムタイヤ３０が回転制御され、ホールフロータ１３を任意の回転位置において固定することができるように構成されている。　このような構成により、ロボット２０がハウジング１５を加速減移動した場合でも、ホールフロータ１３がハウジング１５に衝突して破損することがないため、ボールコンプライアンス機構の高速移動が可能になる。　また、ストッパー２９によりホールフロータ１３の水平移動も微調整が可能となるため、被挿入物である磁気ディスク１８のエッジを固定軸２１の面取り部分２２（図３）の傾斜範囲に容易に調整配置することができる。
【００３８】
さらに、ストッパー２９はゴムタイヤ３０の回転により、ホールフロータ１３を回転させることができるため、磁気ディスク１８の中心孔への固定軸２１の挿入が任意の角度で可能であり、角度の調整が必要な場合にも容易に対応できる。
【００３９】
この実施形態による動作例を簡単に説明すると、ロボット２０がハウジング１５を固定軸２１の位置まで移動させる場合は、図示しないモータなどを用いた駆動機構により予めゴムタイヤ３０がホールフロータ１３の外周面に圧接するようストッパー２９を移動させ、ホールフロータ１３を固定しておく。次に、ハウジング１５を固定軸２１の位置まで移動した後、固定軸２１と被挿入物である磁気ディスク１８のエッジとの位置関係により、適宜、各ストッパー２９を移動しゴムタイヤ３０を各々ホールフロータ１３の外周面から離したり、圧接したりすることにより、ホールフロータ１３の水平位置を微調整し、固定軸２１に磁気ディスク１８を挿入する。
【００４０】
図８乃至図９は、本発明の更に他の実施形態を示す断面図である。
【００４１】
図８はこの実施例であるボールコンパライアンス機構が示されている。同図において、固定穴３２を有する被挿入物３３に挿入されるシャフト３４の上部に、このシャフト３４と一体的に形成された円柱状のシャフトフロータ３５が設けられている。このシャフトフロータ３５の上下方向のほぼ中心部の外周面には水平方向に突出する鍔部３６が備えられている。
【００４２】
そして、この鍔部３６の上下にはボール３７が配列され、さらに、その周りがハウジングで覆われている。
【００４３】
また、このボールコンパライアンス機構はハウジング３８を介してロボット３９と電気的且つ機械的に連結されていて、このロボット３９の指示制御によりボールコンパライアンス機構を下方（矢示）に移動させ、シャフト３４を固定穴３３に挿入させる。
【００４４】
また、図９は、図８のシャフトフロータ３５にハンド４０を設けたハンドフロータの実施形態である。このハンド４０は、部品であるシャフト４１を掴むためのもので、ハンドフロータ４２の下部に取り付けられている。
【００４５】
このように、シャフト部品１個１個を把持する構成になっているので、固定穴４３にシャフト部品４１を挿入する場合、特に、多数のシャフト部品４１を固定穴４３に挿入する場合に有効になる。
【００４６】
なお、これらの実施形態の場合、本発明によるボールコンパライアンス機構の移動によって、シャフト３４および４１の固定穴３２および４３への位置調整の容易さは前記図１乃至図７の実施形態の場合と同様である。
【００４７】
【発明の効果】
上記した本発明によれば、ボールコンプライアンス機構の可動部分にボールを介在させたので、フロータの水平移動はボールの転がりにより極めてスムースとなる。また、フロータには弾性的な復元力も作用しないため、挿入物と被挿入物との接触摩擦もなくなり、その結果、ゴミの発生も防止でき、製品の品質を大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態であるボールコンプライアンス機構の構成を示す断面図である。
【図２】本発明によるボールコンプライアンス機構の要部を取り出して示す図で、（Ａ）は分解斜視図、（Ｂ）は組み立てられた状態を示す斜視図である。
【図３】本発明のボールコンプライアンス機構による挿入物であるシャフト（軸）と被挿入物である磁気ディスクの中心孔との位置関係を模式的に示す図である。
【図４】本発明による他の実施形態であるボールコンプライアンス機構の構成を示す断面図である。
【図５】図４に示す本発明のボールコンプライアンス機構の要部を取り出して示す図で、（Ａ）は分解斜視図、（Ｂ）は組み立てられた状態を示す斜視図である。
【図６】本発明の更に他の実施形態であるボールコンプライアンス機構を示す図で、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は図（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面を上部から見た図、（Ｃ）は図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面を左方から見た図である。
【図７】本発明のボールコンプライアンス機構の更に他の実施形態を示す図で、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は図（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面を上から見た図である。
【図８】本発明のボールコンプライアンス機構の更に他の実施形態を示す断面図である。
【図９】本発明のボールコンプライアンス機構の更に他の実施形態を示す断面図である。
【図１０】従来のコンプライアンス機構の構成を示す断面図である。
【図１１】図１０に示す従来のコンプライアンス機構の動作説明図で、（Ａ）は動作原理図、（Ｂ）はシャフトと穴に水平方向の位置関係を模式的に示す図、（Ｃ）〜（Ｅ）はシャフトが穴に徐々に挿入される際の両者の動きを模式的に示す図である。
【符号の説明】
１　ロボットアーム
２　アーム側プレート
３，３４，４１　シャフト
４　グリッパー
５　グリッパー側プレート
６　マウント
７　ストッパー
８　穴
９，１８，３３　被挿入物
１０　バキュームホール
１１　円筒部材
１２，３６　鍔部
１３　ホールフロータ
１４，３７　ボール
１５，３８　ハウジング
１５Ａ　底部
１６　エアーバキューム用チューブ
１７　ノズル
１８　磁気ディスク
１９　連結部
２０，３９　ロボット
２１　固定軸
２２　面取り部
２３　リテーナ
２４　孔
２５　溝
２６　回転止め棒
２７　ベアリング
２９　ストッパー
３０　ゴムタイヤ
３２，４３　固定穴
３５　シャフトフロータ
４０　ハンド
４２　ハンドフロータ

Claims

外周に鍔部を有するフロータと、この鍔部の上下に配置された複数個のボールと、これらのボールを前記フロータ外周の鍔部の上下において転がり可能に収納すると共に、前記フロータを水平方向に移動可能に収納するハウジングとを備えることを特徴とするボールコンプライアンス機構。
前記フロータは筒体であり、このフロータの外周壁内部には下部においてノズルが開口するバキュームエアーホールが設けられ、このバキュームエアーホールにより被挿入孔が設けられた板状被挿入物を前記ノズルに吸着させることを特徴とする請求項１記載のボールコンプライアンス機構。
前記フロータ外周の鍔部上下の少なくも一方には、前記複数個のボールが収納される孔が設けられた環状のリテーナが配置されていることを特徴とする請求項２記載のボールコンプライアンス機構。
前記鍔部周縁には係止溝が設けられ、前記ハウジングには、前記係止溝に係合する棒状部材が固定され、これらの係止溝および棒状部材により、前記フロータの回転止め機構を構成することを特徴とする請求項３記載のボールコンプライアンス機構。
前記フロータの外周には、この外周面に回転可能に接触することにより前記フロータの水平移動を阻止するとともに、これを回転可能に指示するストッパーを設けたことを特徴とする請求項４記載のボールコンプライアンス機構を有する組立装置。
前記ストッパー部はゴムタイヤであることを特徴とする請求項５記載のボールコンプライアンス機構を有する組立装置。
前記フロータ下部には、挿入物が固定されていることを特徴とする請求項１記載のボールコンプライアンス機構。
前記フロータ下部には、前記挿入物を着脱可能に把持するハンドを備えたことを特徴とする請求項７記載のボールコンプライアンス機構。
前記フロータ外周の鍔部上下の少なくも一方には、前記複数個のボールが収納される孔が設けられた環状のリテーナが配置されていることを特徴とする請求項７または８に記載のボールコンプライアンス機構。
前記鍔部周縁には係止溝が設けられ、前記ハウジングには、前記係止溝に係合する棒状部材が固定され、これらの係止溝および棒状部材により、前記フロータの回転止め機構を構成することを特徴とする請求項９記載のボールコンプライアンス機構。
前記フロータの外周には、この外周面に回転可能に接触することにより前記フロータの水平移動を阻止するとともに、これを回転可能に支持するストッパーを設けたことを特徴とする請求項１０記載のボールコンプライアンス機構を有する組立装置。
前記ストッパー部はゴムタイヤであることを特徴とする請求項１１記載のボールコンプライアンス機構を有する組立装置。
請求項１乃至１２の何れかに記載のボールコンプライアンス機構をロボットの制御によって水平方向および垂直方向に移動し、挿入物を被挿入物に挿入することを特徴とするボールコンプライアンス機構を用いた組立装置。
前記挿入物および被挿入物のいずれか一方の端部には、他方の水平方向の移動を垂直方向の移動に案内する傾斜部が形成されていることを特徴とする請求項１３記載のボールコンプライアンス機構を用いた組立装置。