JP2014214853A

JP2014214853A - 球面ジョイント機構及びこの球面ジョイント機構を備えた組立て装置

Info

Publication number: JP2014214853A
Application number: JP2013094956A
Authority: JP
Inventors: 徳寿石堂; Noritoshi Ishido
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2014-11-17
Also published as: WO2014178202A1

Abstract

【課題】ワークを、任意の位置及び角度でガタなく止めることができる球面ジョイント機構及びこの球面ジョイント機構を備えた組立て装置を提供する。【解決手段】球面ジョイント機構１０は筒状ケース１７を備え、この筒状ケース１７の軸（Ｙ軸）はＺ軸と直交する水平軸となっている。筒状ケース１７内には筒状の無給油ブッシュ１８を介して前記センターシャフト１１の基端に形成された球面部１９が回転可能に収納され、センターシャフト１１は筒状ケース１７に形成されたスリット２０を介して外部に突出し、突出端にワークＷの保持機構１２が取付けられている。前記スリット２０はＺ軸を中心とした円周に沿って形成されてので、センターシャフト１１はスリット２０に沿ってＺ軸と直交する面内で球面部１９を中心として回動可能とされる。【選択図】図４

Description

本発明は、ロボットの関節部分などに応用される球面ジョイント機構とこの機構を組み込んだエンジン等のワークの組立て装置に関する。

特許文献１には、形状が異なる複数のワークを同一の支持台で支持することが可能な位置決め装置が開示されている。具体的には水平な基台に垂直方向の環状ケースを設け、この環状ケース内に配置した駆動力伝達系にワーク取付台を連結し、このワーク取付台にワークの形状に合わせて用意した位置決め治具を介してワークを取付け、ワークを水平軸を中心として回転させる構造が開示されている。

特許文献２には、モータの回転動をワイパブレードの往復揺動に変換するワイパーリンクとして、ボールジョイント機構が開示されている。具体的にはモータアームにボールピンを取付け、このボールピンの球状部をリンクコンロッドに取付けたリテーナの球面対偶を介して結合する構造が開示されている。

特許文献３には、球面ジョイントを備えた各種作業を行うロボットが開示されている。具体的にはアームの両端にボールジョイントを備え、このボールジョイントをリンク先端の球面凹部で受ける構造が開示されている。

また従来のエンジン等の組立て装置は、ボールジョイント機構を設けずに、３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を中心に回動可能とすることで、任意の姿勢及び角度を取ることができるようにしている。

特開２０１０−１８８４６７号公報特開平１０-１４１３５２号公報特開２０１１−１９４５３４号公報

上述したように従来のエンジン等の組立て装置はＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を中心に回動自在とされているが、各軸の廻りに３６０°回動可能な構造ではなく、エンジンに他の部材を組み付ける等の作業を行う際に、十分な可動域を確保できない場合が多い。

また、特許文献１に示した位置決め装置にあっては、Ｘ軸廻りのみの回動しか許容していないため、作業性に問題がある。

また、特許文献２や特許文献３に開示されるボールジョイント機構は、任意の位置での固定が困難であり、また作業者の操作によって任意の角度に傾斜させる構造でもないので、エンジン等の組立て装置にそのまま応用することができない。

上記課題を解決するため、本発明に係る球面ジョイント機構は、一端を球面部としたセンターシャフトと、前記球面部を回転可能に収納する筒状ケースと、この筒状ケースの開放された両端部に設けられ前記球面部に圧接して球面部の回転を規制するクラッチ部とを備える構成とした。
尚、前記球面部と筒状ケースの間には筒状の無給油ブッシュを介在させることが好ましい。

また、前記筒状ケースの軸（Ｚ軸）廻りのセンターシャフトの回動を許容するスリットを前記筒状ケースに形成することが好ましい。ここで、センターシャフトは筒状ケースに収納された状態でセンターシャフトの軸（Ｘ軸）廻りに回動可能とされている。

また、前記球面部と前記筒状ケースには共通のプランジャーを挿入するための貫通孔を形成することで、特定の位置でセンターシャフトの回動をロックすることが可能となる。

また、前記クラッチ部を、前記球面部に接触する摩擦板と、摩擦板の圧接力を調整するハンドルを備えた構成とすることで、半クラッチ状態での操作が可能になる。

更に、本発明は上記の球面ジョイント機構を組み込んだ組立て装置を含む。この組立て装置はＺ軸を中心として回転可能な基台を備え、この基台に支柱が設けられ、この支柱に前記球面ジョイント機構が支持され、球面ジョイント機構のセンターシャフトにワークを着脱自在に保持するアームが取付けられた構成である。

本発明によれば、エンジン等の重量の大きなワークを、任意の位置及び角度でガタなく止めることができ、しかも上記ワークの姿勢変化に伴う負荷を小さくして人の力でも簡単に行うことができる。

本発明に係る球面ジョイント機構を備えた組立て装置の全体斜視図同球面ジョイント機構の斜視図同球面ジョイント機構の平面図図３のＡ−Ａ方向断面図図４のＢ−Ｂ方向断面図クラッチ部の側面図図６のＣ方向矢視図

以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように組立て装置１はコンベアＣに沿って移動可能とされている。組立て装置１はベースプレート２の上に垂直軸（Ｚ軸）を中心として回転可能とされた回転テーブル３を備える。

回転テーブル３の上面にはレール４が設けられ、このレール４に支持プレート５が移動可能に係合し、この支持プレート５に支柱６が立設され、この支柱６の上端には支持部７が設けられている。この支持部７は一対の対向するプレート８，８を備え、これらプレート８，８間に球面ジョイント機構１０が保持されている。

球面ジョイント機構１０はセンターシャフト１１を備え、このセンターシャフト１１の先端に保持機構１２が取付けられている。保持機構１２は横方向（組立て装置の移動方向と直交する方向）に延びる水平プレート１３に一対のブロック１４が位置調整可能に取付けられ、このブロック１４に形成したガイド孔１５に上下対をなすアーム１６が取付けられ、これらアーム１６にワークであるエンジンＷが保持されている。

前記球面ジョイント機構１０は前記プレート８，８間に保持される筒状ケース１７を備えている。この筒状ケース１７の軸（Ｙ軸）は前記Ｚ軸と直交する水平軸となっている。

この筒状ケース１７内には筒状の無給油ブッシュ１８を介して前記センターシャフト１１の基端に形成された球面部１９が回転可能に収納され、センターシャフト１１は筒状ケース１７に形成されたスリット２０を介して外部に突出し、前記したように突出端に前記保持機構１２が取付けられている。尚、センターシャフト１１の根元部分にも無給油ブッシュ２１が設けられている。

前記スリット２０はＹ軸を中心とした円周に沿って形成されている。したがって、センターシャフト１１は前記スリット２０に沿ってＹ軸と直交する面内で球面部１９を中心として回動可能とされる。そして、実施例にあってはセンターシャフト１１が０°と９０°との間で回動可能となるようにスリット２０のＹ軸を中心とした円周方向の端面２０ａ、２０ｂの位置を決めている。尚、センターシャフト１１のＹ軸廻りの回動可能角は９０°に限定されない。

前記筒状ケース１７には貫通穴１７ａ、１７ｂが形成されている。貫通穴１７ａの軸はＸ軸と一致し、貫通穴１７ｂの軸はＸ軸と角度をもっている。また無休ブッシュ１８にはＹ軸廻りのスリット１８ａが形成され、球面部１９には複数の凹部１９ａが形成されている。

前記貫通孔１７ａまたは１７ｂ、スリット１８ａ及び凹部１９ａは球面部１９が特定の位置、例えばセンターシャフト１１がＺ軸廻りに０°、１５°３０°、４５°、６０°、７５°及び９０°となった際に軸が一致するように設定されている。

図４に示した状態ではセンターシャフト１１がＹ軸廻りに０°の状態を示しており、この状態でＸ軸と一致する貫通孔１７ａ、スリット１８ａ、凹部１９ａにプランジャー２２が挿入されている。このプランジャー２２を挿入することでセンターシャフト１１のＹ軸廻りの回動が阻止されロックされる。

Ｘ軸と一致する貫通孔１７ａ、１８ａ、１９ａにプランジャー２２を挿入した状態ではＹ軸廻りの回動は阻止されるが、センターシャフト１１のＸ軸廻りの回動は可能となっている。尚、センターシャフト１１がＹ軸廻りに０°の状態でなくともセンターシャフト１１の中心軸であるＸ軸に一致する貫通孔１７ａにプランジャーを挿入することでＹ軸廻りの回動は阻止されるがＸ軸廻りの回動は許容される。

Ｘ軸廻りの回動も阻止するには、Ｘ軸とは一致しない貫通孔１７ｂに別のプランジャー２３を挿入する。この場合、Ｙ軸廻りの回動を阻止するプランジャー２２は抜いてもよいし、残しておいてもよい。

また、前記球面ジョイント機構１０の筒状ケース１７の両端部にはクラッチ部３０を設けている。クラッチ部３０は側面プレート８の内側面に複数のガイドピン３２を設け、これらガイドピン３２にプレート３３をＹ軸方向に移動可能に係合している。

前記プレート３３の内側面には摩擦ブロック３４が取付けられている。この摩擦ブロック３４の内側面は前記球面部１９に倣った凹状球面３５とされ、更に複数の貫通孔３６が形成されている。

また、前記側面プレート８とプレート３３の間のガイドピン３２の周囲にスプリング３７を縮装し、スプリング３７の弾発力によってプレート３３に取付けられた摩擦ブロック３４を前記球面部１９に強く押しつけ、球面部１９の回転を阻止するようにしている。

また、前記プレート３３には雌ネジ孔３８が形成され、この雌ネジ孔３８にはボルト３９が螺合し、このボルト３９は前記側面プレート８を貫通してボルト３９の頭部が外部に露出している。

而して、作業者が例えば右側（ト径方向）にボルト３９を廻すと、このボルト３６と螺合しているプレート３３がＹ軸方向に進退動する。プレート３３が内側に移動した場合には摩擦ブロック３４の前記球面部１９に対する接触圧が高まり、逆にボルト３９を左側に廻すと、プレート３３は外側に移動する。プレート３３が外側に移動すると、摩擦ブロック３４の前記球面部１９に対する接触圧が弱まり、所謂半クラッチ状態となり、作業者の力を加えることでセンターシャフト１１をＸ軸廻りおよびＹ軸廻りに回動させることができるようになる。

摩擦ブロック３４を球面部１９の左右の側面に強く接触させることで、センターシャフト１１を任意の位置と角度で固定することができる。一方、前記したように、貫通孔１７ａまたは１７ｂ、スリット１８ａ、凹部１９ａにプランジャー２２、２３を挿通することでも、センターシャフト１１の位置と角度を固定することができる。
前記クラッチ部３０の操作による固定は位置決めまでの一時的なものであり、作業時にはプランジャーを用いて確実にロックする。

以上において、エンジン等のワークＷに対して組立て作業を行うには、センターシャフト１１を所定の位置と角度に固定し、この状態で保持機構１２のアーム１６にワークＷを取付ける。

前記ワークＷの取付け時のセンターシャフト１１のＺ軸廻りの角度は、９０°に近い角度とし、後の作業に合わせて徐々に０°から９０°に向かって回動せしめるのが好ましい。但し、作業手順の関係からセンターシャフト１１をＹ軸廻りに９０°から０°に向かって回動せしめてもよい。

保持機構１２のアーム１６にワークＷを取付けたならば、コンベアＣに沿って組立て装置１を作業位置まで移動する。そして、支持プレート５をレール４に沿って所定位置まで移動し、次いでＺ軸廻りに回転テーブル３を回転させ、またＹ軸廻りにセンターシャフト１１を回動させ、更にＸ軸廻りにセンターシャフト１１を回動させることで、ワークＷを任意の位置及び角度とし、この状態でプランジャー２２、２３を貫通孔１７ａ、１７ｂ、スリット１８ａ、凹部１９ａに挿入してセンターシャフト１１をロックし、次いで、ワークＷに対して部品を組付けたり、加工作業を施す。

上記の位置決めを行う際には、前記したクラッチ部３０を操作して、センターシャフト１１の回動を作業者の力で行えるようにすることで操作性が大幅に向上する。

本発明に係る球面ジョイント機構はエンジンの組立て装置以外にも、例えば搬送ロボットなどにも適用することができる。

１…組立て装置、２…ベースプレート、３…回転テーブル、４…レール、５…支持プレート、６…支柱、７…支持部、８…プレート、１０…球面ジョイント機構、１１…センターシャフト、１２…保持機構、１３…水平プレート、１４…ブロック、１５…ガイド孔、１６…アーム、１７…筒状ケース、１７ａ、１７ｂ…貫通穴、１８、２１…無給油ブッシュ、１８ａ…スリット、１９…球面部、１９ａ…凹部、２０…スリット、２０ａ、２０ｂ…スリットの端面、２２、２３…プランジャー、３０…クラッチ部、３２…ガイドピン、３３…プレート、３４…摩擦ブロック、３５…凹状球面、３６…貫通孔、３７…スプリング、３８…雌ネジ孔、３９…ボルト。
Ｃ…コンベア、Ｗ…ワーク。

前記ワークＷの取付け時のセンターシャフト１１のＹ軸廻りの角度は、９０°に近い角度とし、後の作業に合わせて徐々に０°から９０°に向かって回動せしめるのが好ましい。但し、作業手順の関係からセンターシャフト１１をＹ軸廻りに９０°から０°に向かって回動せしめてもよい。

Claims

一端を球面部としたセンターシャフトと、前記球面部を回転可能に収納する筒状ケースと、この筒状ケースの開放された両端部に設けられ前記球面部に圧接して球面部の回転を規制するクラッチ部とを備えることを特徴とする球面ジョイント機構。
請求項１に記載の球面ジョイント機構において、前記筒状ケースにはセンターシャフトが前記筒状ケースの軸（Ｚ軸）廻りの回動を許容するスリットが形成されていることを特徴とする球面ジョイント機構。
請求項１に記載の球面ジョイント機構において、前記球面部と前記筒状ケースには共通のプランジャーを挿入するための貫通孔が形成されていることを特徴とする球面ジョイント機構。
請求項１に記載の球面ジョイント機構において、前記クラッチ部は前記球面部に接触する摩擦板と、摩擦板の圧接力を調整するハンドルを備えることを特徴とする球面ジョイント機構。
請求項１乃至請求項４記載の球面ジョイント機構を組み込んだ組立て装置において、この組立て装置はＹ軸を中心として回転可能な基台を備え、この基台に支柱が設けられ、この支柱に前記球面ジョイント機構が支持され、球面ジョイント機構のセンターシャフトにワークを着脱自在に保持するアームが取付けられていることを特徴とする組立て装置。