JP2006055966A - 軸受け機構及びこの軸受け機構を用いたワーククランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 任意の位置で回転体を高精度に停止させてロックさせることのできる軸受け機構を提供する。
【解決手段】 円盤形状の回転体１と、軸受け２を介して前記回転体１を回転自在にガイドするガイド部材３と、前記回転体１に設けられ、エアーの導入によりブレーキ部材１４をスライドさせて前記ガイド部材３に形成されたブレーキ当接面１２に押し付け、前記回転体１の回転をロックする回転ロック手段４とを備える。回転体１をロックするには、エアーを導入してブレーキ部材１４をブレーキ当接面１２に押し付け、回転体１をアンロックするには、エアーの導入を停止してブレーキ部材１４をブレーキ当接面１２から離す。
【選択図】 図１

Description

本発明は、軸受け機構及びこの軸受け機構を用いたワーククランプ装置に関し、詳細には、ブレーキ手段を備え回転体を高精度にロックさせることのできる全く新規な軸受け機構及びこの軸受け機構を用いたワーククランプ装置に関する。

例えば、自動車の組立ラインにおいて自動車部品であるパネルをストレージから取り出し、その取り出したパネルを組立ラインの所定位置まで搬送させる搬送装置としては、通常ロボットが使用される。このロボットのアームには、ロボットハンドが取り付けられ、そのロボットハンドにはパネルの所定部位をクランプするためのクランプ部材が取り付けられている。

例えば、クランプ近傍部にブラケットなどの如き突起が存在するワークをクランプする場合、突起と干渉しない位置にクランプ部材を回転移動させる機構が必要となる。その回転機構として、例えば軸受を使用することが考えられる（例えば、特許文献１など参照）。
特開平８−２３２９６１号公報（第２頁〜第４頁、第１図及び第１６図）

しかしながら、軸受を用いた場合には、回転を止める機構が無いため、クランプ部材の回転方向における位置決めができない。また、重いパネルをクランプする場合は、軸受では高荷重に耐えることが困難である。

そこで、本発明は、任意の位置で回転体を高精度に停止させてロックさせることのできる軸受け機構及びこの軸受け機構を用いたワーククランプ装置を提供することを目的とする。

本発明の軸受け機構は、回転体と、軸受けを介して前記回転体を回転自在にガイドするガイド部材と、流体の導入によりブレーキ部材をスライドさせてガイド部材に形成されたブレーキ当接面に押し付け、該回転体の回転をロックする回転ロック手段とを備える。

本発明の軸受け機構によれば、流体を導入することによりブレーキ部材をスライドさせてガイド部材に形成したブレーキ当接面に押し付け、このブレーキ部材とブレーキ当接面との摩擦抵抗で回転体の回転をロックさせるので、当該回転体を任意の位置で高精度にロックさせることができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。先ず、軸受け機構を説明した後、この軸受け機構をロボットハンドに取り付けてなるワーククランプ装置について説明する。

「軸受け機構の構成」
図１（Ａ）は本実施の形態の軸受け機構の全体斜視図、図１（Ｂ）はアンロック状態時における軸受け機構の断面図、図２はロック状態時における軸受け機構の断面図、図３は軸受け機構が有する回転ロック手段の配置状態を一部省略して示す平面図、図４（Ａ）はアンロック状態時における回転ロック手段部分を拡大して示す要部拡大断面図、図４（Ｂ）はロック状態時における回転ロック手段部分を拡大して示す要部拡大断面図である。

本実施の形態の軸受け機構は、図１から図４に示すように、回転体１と、軸受け２を介して前記回転体１を回転自在にガイドするガイド部材３と、回転体１の回転をロックする回転ロック手段４とからなる。

回転体１は、下面を円形状に開口させた円盤形状の円盤部５と、その開口を閉塞するリング部６とからなる。円盤部５には、後述するガイド部材３の一部（第１回転部９）と回転ロック手段４とをその内部に収納させるための空間部７が形成されている。リング部６は、円盤部５の下面周縁部に固定され、その中央に開口する中心孔８を通して前記ガイド部材３の第１回転部９を前記空間部７内へ突出させている。

ガイド部材３は、前記回転体１に形成された空間部７に収納される第１回転部９と、前記リング部６の中心孔８に挿通される第２回転部１０と、前記空間部７から外方へ突出した第３回転部１１とから構成される。

第１回転部９は、前記空間部７内に収容される程度の大きさとされた円盤形状とされ、円盤部５の内面５ａと対向する天面９ａから第２回転部１０へと向かってその直径を次第に小さくしている。この第１回転部９の外周面には、後述のブレーキ部材１４が当接するブレーキ当接面１２が形成されている。かかるブレーキ当接面１２は、下端側から天面９ａに向かって次第に上方へと傾斜する傾斜面とされている。

第２回転部１０は、前記中心孔８とほぼ同一径とされた高さの低い円柱体として形成されている。

第３回転部１１は、第２回転部１０から下方へ向かって次第にその直径を拡大するいわゆる裾広がりの円柱体として形成されている。この第３回転体１１の下端部には、後述する第１クランプ手段を取り付けるための取付部１３が設けられている。

軸受け２は、内輪を第１回転部９と第２回転部１０の繋ぎ部分である段差部に配置させると共に、外輪をリング部６の中心孔８近傍部に配置させることによって、前記回転体１を前記ガイド部材３に対して回転自在とさせている。軸受け２には、例えばボールベアリングなどが使用される。

回転ロック手段４は、ガイド部材３に形成されたブレーキ当接面１２に押し付けられ、その摩擦抵抗によって前記回転体１の回転をロックするブレーキ部材１４と、流体の導入によりブレーキ部材１４をスライド移動させるピストン１５と、ブレーキ部材１４をブレーキ当接面１２から離反させて前記回転体１のロック状態を解除させるブレーキロック解除部材１６とからなる。

ブレーキ部材１４は、前記第１回転部９の外周囲にほぼ等間隔となる位置に４箇所設けられている。そして、このブレーキ部材１４には、ブレーキ当接面１２と面接触する円弧形状のブレーキ押付け面１７が形成されている。かかるブレーキ押付け面１７は、ブレーキ当接面１２とほぼ同一角度とされた傾斜面とされ、所定の押圧力でブレーキ当接面１２に押し付けられることでそれらの間の摩擦力によって前記ガイド部材３に対する前記回転体１の回転を阻止する。

ピストン１５は、前記した円盤部５の内壁面５ｂに固定された円環状のピストン収容部材１８の中に設けられている。そして、そのピストン１５の先端部には、前記したブレーキ部材１４が固定されている。ピストン収容部材１８は、ピストン１５によってその内部空間が、流体導入室１９と流体圧縮室２０とに分けられている。流体導入室１９には、円盤部５の周壁に取り付けられた流体導入パイプ２１を介してエアーなどの気体（流体）が導入される。本実施の形態では、エアー（気体）を用いたが、例えば油などの液体（他の流体）を導入してもよい。

流体導入室１９にエアーが導入されると、ピストン１５が前方へ押され、該ピストン１５の先端部に取り付けられたブレーキ部材１４が、前記ブレーキ当接面１２を押圧する。このブレーキ部材１４がブレーキ当接面１２を押圧することで、これらの間の摩擦力によって、前記回転体１のガイド部材３に対する回転を阻止する。つまり、回転体１をガイド部材３に対して回転不可能にロックする。

なお、ロック状態では、ブレーキ部材１４のブレーキ押付け面１７とガイド部材３のブレーキ当接面１２とが共に傾斜面であることから、図４（ｂ）に示すように、ブレーキ部材１４に押されてガイド部材３が上方へと押し上げられ、第１回転部９の天面９ａが円盤部５の内面５ａに押し付けられる。

ブレーキロック解除部材１６は、流体圧縮室２０に設けられ、常にブレーキ部材１４をブレーキ当接面１２から離れる方向に付勢させている。そのため、前記流体導入室１９へのエアー導入を停止すると、このブレーキロック解除部材１６によって自ずとブレーキ部材１４が前記ブレーキ当接面１２から離れ、前記回転体１のガイド部材３に対するロック状態を解除させる。かかるブレーキロック解除部材１６には、例えばコイルバネなどが使用される。

なお、アンロック状態では、ブレーキ部材１４がブレーキ当接面１２と非接触となる他、第１回転部９の天面９ａが円盤部５の内面５ａに対して非接触となる。

「ワーククランプ装置の構成」
図５（Ａ）はワークをクランプした状態のワーククランプ装置の裏面図、図５（Ｂ）はワークをクランプした状態のワーククランプ装置の平面図、図６は第１クランプ手段の平面図、図７は第１クランプ手段でワークに形成した孔部の開口周縁部を内側から突っ張って支持させた状態を示す平面図である。

本実施の形態のワーククランプ装置は、図５に示すように、前述した軸受け機構Ｊと、この軸受け機構Ｊをロボットハンド２２の一端側に回転体１を固定側として取り付けたロボット２３と、軸受け機構Ｊのガイド部材３にブラケット２４を介して取り付けられた第１クランプ手段２５と、ロボットハンド２２の他端側に取り付けられた第２クランプ手段２６とを備え、これら第１クランプ手段２５及び第２クランプ手段２６とによってワークＷをクランプする。

第１クランプ手段２５は、図６及び図７に示すように、ワークＷに形成された孔部２７の開口周縁部を内側から突っ張って支持する一対の固定クランパー２８、２８及びこの固定クランパー２８、２８に対して接近離反する可動クランパー２９を備える。

一対の固定クランパー２８は、前記ブラケット２４に取り付けられたベース部材３０に対して平面視略ハの字形状に固定されている。これら固定クランパー２８、２８は、先端が略直角に折れ曲がり、その先端部にＶ字形状の切欠部３１を有している。この固定クランパー２８、２８は、先端部に有した切欠部３１を、前記ワークＷに形成された孔部２７の開口周縁部に押し付けるようになっている。

可動クランパー２９は、ベース部材３０に固定されたガイドレール３２にスライド自在とされたスライダー３３に固定されている。この可動クランパー２９は、固定クランパー２８、２８と同様、先端部にＶ字形状の切欠部３４を有し、その切欠部３１をワークＷに形成された孔部２７の開口周縁部に押し付けるようになっている。また、可動クランパー２９は、ベース部材３０に固定された駆動シリンダー３５によって、前記固定クランパー２８、２８に対し接近離反するようになされている。可動クランパー２９は、駆動シリンダー３５のシリンダーロッド３６に連結固定され、このシリンダーロッド３６の進退操作によってスライドする。

図６及び図７は、固定クランパー２８、２８に接近した状態から離反する状態に可動クランパー２９を移動させ、これら固定クランパー２８、２８と可動クランパー２９によって、前記孔部２７の開口周縁部を内側から突っ張って支持させることにより、前記ワークＷをクランプさせている。

そして、この第１クランプ手段２５には、ワークＷの種類によって孔部２７の直径が異なる場合に、その孔径に応じたそれぞれのクランプ位置に可動クランパー２９を移動させるために、該可動クランパー２９の位置を検出するクランプ位置検出手段であるクランプ位置検出センサー３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃが設けられている。可動クランパー２９は、クランプ位置検出センサー３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃによって検出されたクランプ位置検出信号が駆動シリンダー３５に出力されることにより、この駆動シリンダー３５にて適切なクランプ位置に移動させられる。

本実施の形態では、自動車部品の一つであるパネルをワークＷとし、車種毎に異なるパネルに形成された孔部２７の大きさに応じてクランプ位置検出センサー３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃを設け、該孔部２７の直径が異なるＡ車、Ｂ車、Ｃ車用の３種類のパネルに対応させている。

なお、固定クランパー２８、２８及び可動クランパー２９それぞれの個数や位置については、上記実施の形態に制限されず、適宜設定可能である。

第２クランプ手段２６は、第１クランプ手段２５が取り付けられた一端側とは反対側の前記ロボットハンド２２の他端側に取り付けられ、ワークＷを挟み込むクランパー３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃからなる。本実施の形態では、Ａ車、Ｂ車、Ｃ車用の３種類のパネルをクランプすることができるように、３つのクランパー３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃを設けている。

「クランプ動作」
図８はワークに設けられたブラケットに第１クランプ手段が干渉した状態を示すワーククランプ装置の裏面図、図９はロボットハンドのみを回転させてワークに形成されたブラケットを避けた状態を示すワーククランプ装置の裏面図、図１０は第１クランプ手段２５の回転位置を位置決め調整する様子を示すワーククランプ装置の平面図、図１１は第１クランプ手段を軸受け機構で回転させてブラケットに接触しない位置に退避させた状態を示すワーククランプ装置の裏面図である。

本実施の形態のワーククランプ装置における通常ハンドリング状態は、図５に示す状態であるため、この通常ハンドリング状態で、図８に示すように、ロボット２３と対向する側の面に突起部３９が形成されたワークＷをクランプする場合、第１クランプ手段２５のシリンダーロッド３６と突起部３９とが干渉してしまう。これらの干渉を回避するために、ロボットハンド２２を図９に示すように回転させると、第２クランプ手段２６がワークＷから離れてしまい、当該ワークＷをクランプすることができない。

そこで、図１０に示すように、ワークＷをクランプする位置とは別の場所に設置した回転量調整部材４０に、前記第１クランプ手段２５のベース部材３０を接触させ、軸受け機構Ｊの回転体１をアンロック状態としてロボットハンド２２を、前記ロボット２３との結合部である回転中心部Ｃを中心として回転させ、当該ロボットハンド２２と第１クランプ手段２５とのなす角度を調整する。そして、図１１に示すように、シリンダーロッド３６が突起部３９と干渉しない位置まで回転したら、前記流体導入パイプ２１にエアーを導入させ、ブレーキ部材１４を前進させてガイド部材３に形成されたブレーキ当接面１２に押し付け、回転体１の回転をロックさせる。

次に、前記工程で第１クランプ手段２５とロボットハンド２２とのなす角度を変えた状態を保持させた状態でロボット２３を動かし、図１１に示すように、第１クランプ手段２５と第２クランプ手段２６をワークＷに対して接近させる。そして、固定クランパー２８、２８及び可動クランパー２９をワークＷに形成した孔部２７の中に臨ませた後、可動クランパー２９を移動させてこれら固定クランパー２８、２８と可動クランパー２９とによって当該孔部２７の開口周縁部を内側から押し付けてクランプさせる。一方、第２クランプ手段２６の何れかのクランパー３８Ａ、３８Ｂ、３８ＣでワークＷをクランプさせる。

このように、第１クランプ手段２５を、回転ロック手段を有した軸受け機構Ｊに取り付けているため、この第１クランプ手段２５でクランプする孔部２７の周囲に突起部３９があるワークＷでも、該突起部３９に干渉しない位置に第１クランプ手段２５を退避させてクランプさせることができる。

また、本実施の形態では、軸受け機構Ｊがロック状態にある場合、第１回転部９の天面９ａが回転体１の円盤部５の内面５ａに押し付けられ、回転体１とガイド部材３との間にがたつきが生じないことから、重いワークＷでも充分に支えることができる。

また、本実施の形態では、ワークＷの種類によって孔部２７の直径が異なる場合でも、可動クランパー２９の位置を検出するクランプ位置検出センサー３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃを備えるので、このクランプ位置検出センサー３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃからの位置検知信号に基づいて適切に孔部２７の開口周縁部をクランプすることのできる位置へと可動クランパー２９を移動させることができる。

また、本実施の形態では、第１クランプ手段２５がワークＷに形成された突起部３９と干渉する場合には、ワークＷをクランプする前に、別の場所に設置した回転量調整部材４０を利用して第１クランプ手段２５とロボットハンド２２とのなす角度を可変させることができるので、孔部２７の周囲に突起部３９があるワークＷでも第１クランプ手段２５によって確実にクランプさせることができる。

図１（Ａ）は本実施の形態の軸受け機構の全体斜視図、図１（Ｂ）はアンロック状態時における軸受け機構の断面図である。 ロック状態時における軸受け機構の断面図である。 軸受け機構が有する回転ロック手段の配置状態を一部省略して示す平面図である。 図４（Ａ）はアンロック状態時における回転ロック手段部分を拡大して示す要部拡大断面図、図４（Ｂ）はロック状態時における回転ロック手段部分を拡大して示す要部拡大断面図である。 図５（Ａ）はワークをクランプした状態のワーククランプ装置の裏面図、図５（Ｂ）はワークをクランプした状態のワーククランプ装置の平面図である。 第１クランプ手段の平面図である。 第１クランプ手段でワークに形成した孔部の開口周縁部を内側から突っ張って支持させた状態を示す平面図である。 ワークに設けられたブラケットに第１クランプ手段が干渉した状態を示すワーククランプ装置の裏面図である。 ロボットハンドのみを回転させてワークに形成されたブラケットを避けた状態を示すワーククランプ装置の裏面図である。 第１クランプ手段２５の回転位置を位置決め調整する様子を示すワーククランプ装置の平面図である。 第１クランプ手段を軸受け機構で回転させてブラケットに接触しない位置に退避させた状態を示すワーククランプ装置の裏面図である。

符号の説明

１…回転体
２…軸受け
３…ガイド部材
４…回転ロック手段
５…円盤部
１２…ブレーキ当接面
１４…ブレーキ部材
１５…ピストン
１６…ブレーキロック解除部材
１７…ブレーキ押付け面
２２…ロボットハンド
２３…ロボット
２５…第１クランプ手段
２６…第２クランプ手段
２７…孔部
２８…固定クランパー
２９…可動クランパー
３５…駆動シリンダー
３６…シリンダーロッド
３７…クランプ位置検出センサー

Claims (6)

1. 円盤形状の回転体と、
   軸受けを介して前記回転体を回転自在にガイドするガイド部材と、
   前記回転体に設けられ、流体の導入によりブレーキ部材をスライドさせて前記ガイド部材に形成されたブレーキ当接面に押し付け、前記回転体の回転をロックする回転ロック手段とを備えた
   ことを特徴とする軸受け機構。
2. 請求項１に記載の軸受け機構であって、
   前記回転ロック手段は、流体の導入停止時に、前記ブレーキ部材を前記ブレーキ当接面から離反させて前記回転体のロック状態を解除させるブレーキロック解除部材を備える
   ことを特徴とする軸受け機構。
3. 請求項１又は請求項２に記載の軸受け機構であって、
   前記ブレーキ当接面とこのブレーキ当接面に当接する前記ブレーキ部材の面を共に傾斜面とし、該ブレーキ部材を該ブレーキ当接面に押し付けたときに、前記ガイド部材を可動させて前記回転体に押し付ける
   ことを特徴とする軸受け機構。
4. 円盤形状の回転体と、軸受けを介して前記回転体を回転自在にガイドするガイド部材と、前記回転体に設けられ、流体の導入によりブレーキ部材をスライドさせて前記ガイド部材に形成されたブレーキ当接面に押し付け、前記回転体の回転をロックする回転ロック手段とを備えた軸受け機構と、
   ロボットハンドの一端側に、前記回転体を固定側として前記軸受け機構を取り付けたロボットと、
   前記軸受け機構の前記ガイド部材に取り付けられ、ワークに形成された孔部の開口周縁部を内側から突っ張って支持する可動クランパーを備えた第１クランプ手段と、
   前記ロボットハンドの他端側に取り付けられ、前記ワークをクランプする第２クランプ手段とを備えた
   ことを特徴とするワーククランプ装置。
5. 請求項４に記載のワーククランプ装置であって、
   前記可動クランパーを移動させるクランプ移動手段と、
   前記ワークの種類によって前記孔部の直径が異なるそれぞれのクランプ位置に、前記可動クランパーを移動させる時に、該可動クランパーの位置を検出するクランプ位置検出手段を備えた
   ことを特徴とするワーククランプ装置。
6. 請求項４又は請求項５に記載のワーククランプ装置であって、
   前記ワークをクランプする前に、前記ガイド部材に対して前記回転体を回転させて前記ロボットハンドに対する前記第１クランプ手段の回転位置を位置決め調整する回転量調整部材を備えた
   ことを特徴とするワーククランプ装置。

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