JP2007152524A - 部品組付装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設備コストが低廉で、導入リードタイムが短く、組付作業内容の変更にもフレキシブルかつスピーディに対応できる部品組付装置を提供する。
【解決手段】本発明の部品組付装置１は、部品供給ユニット３と部品Ｐを組み付ける組付ユニット４とからなる複数の作業モジュール２１〜２６と、作業テーブル５と、駆動手段（モータ６）と、ワークＷを搬送する搬送手段（コンベヤ装置７）と、からなり、前記作業モジュール２１〜２６は、前記駆動手段（６）によって直接または間接的に駆動される被駆動部（カム軸４３）と、他の該作業モジュールの該被駆動部（４３）に結合されて駆動力を伝達する動力伝達部（オルダム継手４４）とを有し、前記作業テーブル５に固定された複数の該作業モジュール２１〜２６は、各該被駆動部（４３）及び該動力伝達部（４４）により連結され、該駆動手段（６）によって駆動される、ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータなどの駆動手段を用いて部品の組み付け作業を行う部品組付装置に関する。

組付作業を自動化して生産効率を高めるために、各種の部品組付装置が実用化されている。例えば、特許文献１に開示されるカム装置は、入力軸の等速連続回転運動を揺動回転運動と不等速回転運動とが複合した複雑な運動に変換するものであり、ピックアンドプレース装置に適用されている。このような部品組付装置はモータなどの駆動部と運動形態を変換する機構部とで構成されるのが一般的であり、さまざまな形態の作業ユニットとして市販されている。また、組み付ける部品を連続的に供給する部品供給ユニットも各種実用化されている。そして、組付作業の対象となるワーク及び部品に合わせて、作業ユニットと部品供給ユニットとを組み合わせて設置することにより製造ラインが構成されていた。

一方、複数の組付作業を単一の駆動源で行う専用装置も開発されている。専用装置は、例えば、製造ライン全長に相当する１本のカム軸を１台のモータで駆動し、カム軸に設けられた複数のカム機構により複数の組付作業をそれぞれ行うように構成されている。この専用装置と類似の構造をもつモジュール式プレスが特許文献２に開示されている。特許文献２のプレス機は、軸接続手段により複数のプレスモジュールを駆動モジュールに連結している。そして、カム機構により複数のプレスモジュールにおけるプレス動作のタイミングをずらし、駆動モジュールに必要とされる成形力を時間的に分散させることにより、駆動モジュール数を節約している。
特開２００２−５２５６号公報 特開平１１−３０９５９８号公報

ところで、特許文献１のカム装置など汎用の作業ユニットを組み合わせて構成した製造ラインでは、各ユニット毎に駆動用のモータが設けられており、設備コストが割高となっていた。一方、専用装置は単一の駆動源でよいが、装置全体を専用に設計する手間がかかるとともに、導入リードタイムが長期化していた。また、ワークのモデルチェンジなどにより組付作業内容に変更が生じた場合、汎用の作業ユニットは使えなくなるおそれがあり、専用装置では変更への対応は実際上困難であった。

本発明は上記背景に鑑みてなされたものであり、設備コストが低廉で、導入リードタイムが短く、組付作業内容の変更にもフレキシブルかつスピーディに対応できる部品組付装置を提供する。

本発明の部品組付装置は、部品供給ユニットと該部品供給ユニットから供給される部品を組み付ける組付ユニットとからなる複数の作業モジュールと、複数の該作業モジュールを固定可能とする作業テーブルと、該作業テーブルに固定された該作業モジュールを駆動する駆動手段と、該作業テーブルに固定された複数の該作業モジュールの一つから順次他の該作業モジュールにワークを搬送する搬送手段と、からなる部品組付装置であって、前記作業モジュールは、前記駆動手段によって直接または間接的に駆動される被駆動部と、他の該作業モジュールの該被駆動部に結合されて駆動力を伝達する動力伝達部とを有し、前記作業テーブルに固定された複数の該作業モジュールは、各該被駆動部及び該動力伝達部により連結され、該駆動手段によって駆動される、ことを特徴とする。

本発明は、従来の汎用の作業ユニットをモジュール化して組み合わせの自由度を向上するとともに、単一駆動源による駆動を可能とすることにより、製造ラインのフレキシビリティを高めかつ設備コストを低減することのできる部品組付装置を開示するものである。

作業モジュールは、部品供給ユニットと組付ユニットとを組み合わせて構成することができる。部品供給ユニットは、ワークに組み付ける部品を所定の位置に逐次供給するものである。部品供給ユニットの方式に制約はなく、例えば部品を傾斜したガイドに整列させて保持し微振動を与えて移送する方式や、整列した多数の部品を最後尾からばね部材で押し出す方式、組付ユニットと同期して動作することにより部品を受渡し台に戴置する方式、などを適用することができる。組付ユニットは、部品供給ユニットから供給される部品をワークに組み付けるものである。組付ユニットは、例えば、部品を把持及び解放するチャックと、チャックを移動させるアームとで構成することができる。本発明では複数の作業モジュールを用い、組み付ける部品の形状に合わせてチャックの形状をそれぞれ異なるものとすることができる。また、ワークへの組付方法や組付位置に合わせて、アームの移動方法も異なるものとすることができる。

各作業モジュールには、駆動手段によって直接または間接的に駆動される被駆動部と、他の該作業モジュールの該被駆動部に結合されて駆動力を伝達する動力伝達部とを設けるようにする。すなわち、各作業モジュールは、内部にはモータなどの駆動源をもたずに、外部の駆動手段から被駆動部に伝達された駆動力により組付作業を行うようになっている。さらに、被駆動部とともに運動する動力伝達部によって、他の作業モジュールに駆動力を伝達できるようになっている。

そして、複数の作業モジュールは作業テーブルに固定されるとともに、被駆動部と動力伝達部とにより連結されている。例えば、作業テーブル上面に一直線に等しいピッチで固定座を設け、組付作業の手順にしたがって順番に一列に作業モジュールを配置し、固定することができる。ある作業モジュールの被駆動部を隣接する第二の作業モジュールの動力伝達部に結合することができ、第二の作業モジュールの被駆動部を隣接する第三の作業モジュールの動力伝達部に結合することができる。このように順次結合することにより、全ての作業モジュールを連結することができる。また、延長シャフトの挿入により、工程に間隔を空け、ピッチを変更することも可能である。

駆動手段は作業テーブルに固定されており、複数の作業モジュールのいずれか一つの被駆動部と結合され、これを直接駆動するように構成することができる。駆動手段の出力は、複数の作業モジュールを駆動するのに十分な大きさとすることは勿論である。結局、駆動手段に直接結合される作業モジュールは直接駆動され、他の作業モジュールは間接的に駆動されることになる。直接駆動される作業モジュールに制約はなく、いずれか一つが駆動されればよい。

例えば、駆動手段としてモータを、被駆動部として回転軸を、動力伝達部として軸継手を、それぞれ用いることができる。この場合、モータの出力軸に結合される回転軸をもつ第一の作業モジュールは直接駆動され、軸継手により連結される第二以降の作業モジュールは間接的に駆動される。なお、駆動手段は電動のモータに限らず圧縮空気操作機構などの他の手段でもよく、また、被駆動部は回転運動に限らずリンク機構による往復運動などでもよい。さらに、作業モジュール内の全ての駆動を行う必要はなく、例えば前述のアームの駆動のみを行い、チャックの動作は別の手段によるものとしてもよい。

搬送手段は、作業モジュールの一つから順次他の作業モジュールにワークを搬送するものである。搬送手段には、例えば輪転するエンドレスベルトを備えたコンベヤ装置を用いることができる。コンベヤ装置は、輪転するベルトの上面始点にワークを戴置し、これを保持した状態で一定時間間隔をおいて間欠的に一定長ずつ搬送し、上面終点でワークを次工程に送達する。一定時間間隔とは各作業モジュールが組付作業を終える所要時間であり、一定長とは作業モジュール間のピッチである。

以上説明した本発明の部品組付装置によれば、各作業モジュールにより順次部品を組み付けてゆき、ワークを完成させることができる。本発明では駆動手段は一つ備えればよく、従来の各ユニット毎に駆動用のモータを備える装置よりも設備コストは低廉である。また、各作業モジュールは類似の構造であるため、専用装置と比較して設計及び製作が容易であり、導入リードタイムも短縮できる。

以下、本発明の好ましい態様について説明する。前記被駆動部は回転軸であり、前記動力伝達部は軸継手であって、複数の前記作業モジュールの連結数及び連結順序を自在とすることが好ましい。また、前記軸継手は、略円柱形状の両端面に９０°位相のずれた凸溝あるいは凹溝をもつオルダム継手としてもよい。

各作業モジュールの被駆動部を回転軸とし、動力伝達部を軸継手として、取り合い寸法を統一することが好ましい。これにより、作業モジュールの連結順序を自在とすることができ、また部品点数の多寡に応じて連結数を自由に変更することができる。さらに、軸継手にオルダム継手を用いた場合には、連結している複数の作業モジュールのうち一つだけを、他のモジュールに手を加えることなく、交換することができる。したがって、ワークのモデルチェンジなどにより部品組付順序や部品点数の変更があっても、簡単な交換作業で短時間のうちに対応できる。また、いずれかの作業モジュールが万一故障しても、迅速に復旧可能である。

前記回転軸はカム軸であって、前記組付ユニットは該カム軸に設けられたカム機構により駆動されるようにしてもよい。また、前記カム機構は、部品を把持及び解放するチャックを上下に駆動する上下カム及び／または該チャックを前後に駆動する前後カムをもつようにしてもよい。

組付ユニットは、カム機構により駆動されるように構成することができる。カム機構に上下カム及び前後カムを設けることにより、上下方向と前後方向とを独立して駆動することができるため、複雑な組付作業を実現するための機構設計が容易になる。また、カム以外の部材を共通化して組付ユニットを標準化することで適用範囲が拡がる。さらに、カムのみの交換で組付作業内容を変更することができ、短時間かつわずかの費用で容易に変更対応が可能である。なお、いずれか一方のカムだけで所望する組付作業を実現できる場合には、他方のカムは未実装とすることができる。

本発明の部品組付装置によれば、駆動手段は一つ備えればよく設備コストは低廉であり、また、各作業モジュールは類似の構造であるため設計及び製作が容易で導入リードタイムは短い。また、被駆動部をカム軸とし、動力伝達部をオルダム継手とした態様では、部品組付順序や部品点数の変更があっても、簡単な交換作業で短時間のうちに対応できる。さらに、組付ユニットが上下カム及び／または前後カムをもつカム機構により駆動される態様では、カムのみを交換する短時間かつわずかの費用で変更対応が可能である。

本発明を実施するための最良の形態を、図１〜図７を参考にしながら説明する。図１は、本発明の実施例の部品組付装置を説明する図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は左側面図である。実施例の部品組付装置１は、第一から第六までの６つの作業モジュール２１〜２６、作業テーブル５、駆動手段に相当するモータ６、搬送手段に相当するコンベヤ装置７、で構成されている。

図１（Ａ）に示されるように、作業テーブル５は床面に立設される２列各４本の脚５１と、脚５１に支持される水平な天板５２とで形成されている。図１（Ｂ）に示されるように天板５２の上面長手方向には、一直線上に等しいピッチで６つの作業モジュール２１〜２６が配置されている。各作業モジュール２１〜２６は、図１（Ｃ）に示されるようにそれぞれが部品供給ユニット３と組付ユニット４とで形成されており、図略の固定座により天板５２上面に固定されている。

各部品供給ユニット３は、上面に部品整列溝部３１をもち、組み付ける部品Ｐを一列に整列させて保持している。部品Ｐは部品整列溝部３１の先端３２から取り出し可能であり、取り出された後は微振動により逐次先端３２に次の部品Ｐが移送されるようになっている。

各組付ユニット４は、部品Ｐを把持及び解放するチャック４１と、チャック４１を移動させるアーム４２とを備えている。そして、チャック４２が部品供給ユニット３の一端３２に移動して部品Ｐを把持し、ワークＷに移動した後に部品Ｐを解放して組み付けるようになっている。また、各組付ユニット４はアーム４２を駆動するカム軸４３を備え、隣接する組付ユニット相互のカム軸４３間はオルダム継手４４により結合されている。したがって、全てのカム軸４３が連結されて一緒に回転するようになっている。カム軸４３は駆動手段によって直接または間接的に駆動される被駆動部に相当し、オルダム継手４４は被駆動部に結合されて駆動力を伝達する動力伝達部に相当している。

モータ６は、作業テーブル５の天板５２の下方に固定された取付板６１によって固定支持されている。モータ６の出力軸６２は、伝達機構６３により天板５２上面に配設されたカム軸駆動部６４に結合され、カム軸駆動部６４はオルダム継手４４を介して第一の作業モジュール２１のカム軸４３に結合されている。上述の結合により、モータ６は第一の作業モジュール２１を直接駆動するようになっている。また、モータ６はオルダム継手４４によって連結される第二以降の作業モジュール２２〜２６を間接駆動するようになっている。なお、カム軸駆動部６４の結合位置は図１の実施例に示される第一の作業モジュール２１に限定されず、連結の反対側でも、連結の中間部分でもよい。

コンベヤ装置７は、天板５２上面の各作業モジュール２１〜２６を通り抜けるように、かつ部品供給ユニット３と組付ユニット４との間のチャック４１が届く位置に、配設されている。コンベヤ装置７は、天板５２上面に配設された２つのローラ７１、７２と、ローラ７１、７２間に架け渡されて輪転するエンドレスベルト７３と、図略のベルト駆動部と、で形成されている。エンドレスベルト７３の外周面にはワークＷを保持するための保持部材が一定間隔で設けられている。図１（Ａ）に示されるように、ベルト駆動部はエンドレスベルト７３を図中の反時計回りに、一定時間間隔で間欠的に駆動するようになっている。なお、実施例においては、ベルト駆動部と駆動手段に相当するモータ６とは別体としているが、リンク機構を用いてモータ６によりローラ７１、７２を回転駆動するようにしてもよい。

以上説明した実施例の部品組付装置１によれば、ワークＷをエンドレスベルト７３のローラ７１側の保持部材に戴置すれば、ワークＷは順番に各作業モジュール２１〜２６を巡ることができる。そして、各作業モジュール２１〜２６はモータ６により駆動され、部品Ｐを順次組み付けてゆき、ワークＷを完成させることができる。

実施例の部品組付装置１は、各作業モジュール２１〜２６を駆動する手段として１台のモータ６を備えているのみである。これに対して、図２に示される従来の汎用の作業ユニット９１を６つ組み合わせて構成した汎用部品組付装置９０では、各作業ユニット９１毎に駆動用モータ９２が設けられている。したがって、本実施例では駆動手段を６つから１つに節約することができ、設備コストを大きく低減できる。

次にオルダム継手４４の構造と作用について、図３及び図４を参考にして説明する。図３は、代表例として第二の作業モジュール２２の連結状態を説明する図である。第二の作業モジュール２２のカム軸４３２は、オルダム継手４４１により第一の作業モジュール２１のカム軸４３１に結合され、同様にオルダム継手４４２により第三の作業モジュール２３のカム軸４３３に結合されている。図４は、オルダム継手の具体的構造を説明する図であり、（Ａ）は図３に用いられた凸溝をもつオルダム継手４４、（Ｂ）は凹溝をもつオルダム継手４９である。凸溝をもつオルダム継手４４は、略円柱形状の継手本体４４５の両端面に９０°位相のずれた凸溝４４６、４４６を備えている。各作業モジュール２１〜２６のカム軸４３は、両端面に９０°位相のずれた凹溝を備え、オルダム継手４４の凸溝４４６と契合するように形成されている。

図３の構成において各作業モジュール２１〜２３が天板５２に固定されているとき、オルダム継手４４１、４４２は両側の位相のずれた凸溝４４６がカム軸４３１、４３２、４３３の凹溝と契合しているため、固定されていなくとも脱落しない。そして、モジュール２１〜２３のカム軸４３１、４３２、４３３の間に軸心ずれが生じていても、凸溝４４６と凹溝とが摺動しながら回転するため、スラスト荷重の発生を防止できる。一方、第二の作業モジュール２２を右側のオルダム継手４４１とともに、紙面の表裏方向に移動させれば、容易に結合を解くことができる。なお、図３（Ｂ）に示される凹溝４４７をもつオルダム継手４９と、凸溝をもつカム軸と、の組み合わせでも同様の作用、効果が得られる。

したがって、オルダム継手４４を用いることにより、安定して駆動力を伝達することができ、スラスト荷重が生じないため耐久性能にも優れ、さらに一つの作業モジュールだけの交換も容易となる。これに対して、図５に示される従来の１本の長いカム軸９６を備える専用部品組付装置９５では、部分的な交換は実際上困難である。実施例の部品組付装置１においては、作業モジュールの連結数及び連結順序は自在であり、組付作業内容の変更にフレキシブルに対応できる。

次に組付ユニット４の内部構造と作用について、図６及び図７を参考にして説明する。図６は組付ユニット４の内部構造を説明する図であり、（Ａ）は左側面図、（Ｂ）は正面図である。組付ユニット４は、ボディ４０１及びカバー４０２、チャック４１、アーム４２、カム軸４３、上下カム４５及び上下駆動部、前後カム４６及び前後駆動部、により構成されている。

ボディ４０１は側面の開口した略箱形の部材であり、開口部分にカバー４０２が配設されている。ボディ４０１及びカバー４０２は、後述の部材を収納固定し、あるいは運動の支点を支持する機能を有している。チャック４１は、部品Ｐを把持及び解放するものであり、開閉する２個のフィンガ４１１と、図略のフィンガ駆動手段とで構成されている。アーム４２はチャック４１を移動可能に保持する部材であり、後述の前後スライドバー４６６と一体に形成されている。図６（Ｂ）に示されるように、カム軸４３は、玉軸受を用いたカム軸受４３３によってボディ４０１に回転自在に片持ちされるとともに、ボディ４０１及びカバー４０２を横貫し、他のカム軸との連結を可能としている。上下カム４５及び前後カム４６はカム軸４３に固定され、一体に回転するようになっている。なお、上下カム４５及び前後カム４６のフィギュアは、所望する組付作業に合わせて形成されている。

上下カム４５に一端４５２が摺接する上下アーム４５１は、アーム支点ピン４５５によって中間部分が揺動可能に支持され、他端４５３が上下に運動する。他端４５３の上側に戴置された上下スライドバー４５６は、ボディ４０１に設けられた上下スライドベース４５７により上下動自在に保持されている。前後カム４６に一端４６２が摺接する前後アーム４６１は、アーム支点ピン４５５によって中間部分が揺動可能に支持され、他端４６３が前後に運動する。他端４６３の側方に配設された前後スライドバー４６６は、上下スライドバー４５６に固定された前後スライドベース４６７により前後動自在に保持されている。前後スライドバー４６６は、ボディ４０１を切り欠いて設けられた切欠き窓４６８から外部に突出し、先端にはアーム４２が固定されている。なお、上下スライドバー４５６の重力による下降復帰動作に相当するものとして、左右スライドバー４６６ではコイルばね４６９による復帰動作を行うようにしている。

上述のように構成された組付ユニット４では、カム軸４３が回転すると、上下カム４５１が揺動して上下スライドバー４５６及び前後スライドバー４６６が一緒に上下に駆動され、それとともに前後カム４６１が揺動して前後スライドバー４６６が前後に駆動される。結局、アーム４２では、上下と前後の運動が重畳して発生し、所望の組付作業が行われる。

図７は組付ユニットの各種構成例を説明する図であり、（Ａ）は上下カム４５及び前後カム４６による構成、（Ｂ）は上下カム４５のみによる構成、（Ｃ）は前後カム４６のみによる構成である。（Ａ）は図６で説明した構成であり、矢印で示すように部品Ｐの上げ下げと水平移送の両方が必要な二次元の運動を行う組付ユニット４である。（Ｂ）は、部品Ｐの上げ下げのみの運動を行う組付ユニット４Ｖであり、（Ｃ）は、部品Ｐの水平移送のみの運動を行う組付ユニット４Ｈである。このように、組付作業の内容により適宜構成する部品を省略することができる。

以上説明した上下カム４５及び前後カム４６を備える組付ユニット４では、上下方向と前後方向とを別々のカムで駆動するため設計が容易である。また、組付作業内容の変更に対して、カム４５、４６のみを変更すればよく、カム軸４３が片持ちであるためカバー４０２を取り外して容易に交換作業を行うことができる。さらに、複数の全ての組付ユニットで、カム４５、４６以外の部品を共通化することができるため、適用範囲の拡大に資することができる。

本発明の実施例の部品組付装置を説明する図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は左側面図である。 従来の汎用部品組付装置を説明する図である。 図１の実施例において、作業モジュールの連結状態を説明する図である。 図１の実施例において、オルダム継手の具体的構造を説明する図であり、（Ａ）は凸溝をもつオルダム継手、（Ｂ）は凹溝をもつオルダム継手である。 従来の専用部品組付装置を説明する図である。 図１の実施例において、組付ユニットの内部構造を説明する図であり、（Ａ）は左側面図、（Ｂ）は正面図である。 組付ユニットの各種構成例を説明する図であり、（Ａ）は上下カム及び前後カムによる構成、（Ｂ）は上下カムのみによる構成、（Ｃ）は前後カムのみによる構成である。

符号の説明

１：部品組付装置
２１〜２６：第一〜第六の作業モジュール
３：部品供給ユニット
３１：部品整列溝部 ３２：先端
４：組付ユニット
４１：チャック ４２：アーム ４３：カム軸（被駆動部）
４４：オルダム継手（動力伝達部） ４９：凹溝をもつオルダム継手
５：作業テーブル
５１：脚 ５２：天板
６：モータ（駆動手段）
６１：取付板 ６２：出力軸 ６３：伝達機構
６４：カム軸駆動部
７：コンベヤ装置（搬送手段）
７１、７２：ローラ ７３：エンドレスベルト
９０：従来の汎用部品組付装置
９５：従来の専用部品組付装置
Ｐ：部品
Ｗ：ワーク

Claims (5)

1. 部品供給ユニットと該部品供給ユニットから供給される部品を組み付ける組付ユニットとからなる複数の作業モジュールと、
   複数の該作業モジュールを固定可能とする作業テーブルと、
   該作業テーブルに固定された該作業モジュールを駆動する駆動手段と、
   該作業テーブルに固定された複数の該作業モジュールの一つから順次他の該作業モジュールにワークを搬送する搬送手段と、
   からなる部品組付装置であって、
   前記作業モジュールは、前記駆動手段によって直接または間接的に駆動される被駆動部と、他の該作業モジュールの該被駆動部に結合されて駆動力を伝達する動力伝達部とを有し、
   前記作業テーブルに固定された複数の該作業モジュールは、各該被駆動部及び該動力伝達部により連結され、該駆動手段によって駆動される、
   ことを特徴とする部品組付装置。
2. 前記被駆動部は回転軸であり、前記動力伝達部は軸継手であって、複数の前記作業モジュールの連結数及び連結順序を自在とする請求項１に記載の部品組付装置。
3. 前記軸継手は、略円柱形状の両端面に９０°位相のずれた凸溝あるいは凹溝をもつオルダム継手である請求項２に記載の部品組付装置。
4. 前記回転軸はカム軸であって、前記組付ユニットは該カム軸に設けられたカム機構により駆動される請求項２または３に記載の部品組付装置。
5. 前記カム機構は、部品を把持及び解放するチャックを上下に駆動する上下カム及び／または該チャックを前後に駆動する前後カムをもつ請求項４に記載の部品組付装置。

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