本発明の実施形態に係るワーク起倒装置、ワーク起倒方法及びワーク加工方法について添付図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
(構成及び機能)
図1は本発明の第1の実施形態に係るワーク起倒装置の全体構成を示す正面図であり、図2は図1に示すワーク起倒装置の一部を示す斜視図である。また、図3、図4及び図5は、それぞれ図1に示すワーク起倒装置によってワークを起倒させる過程を示す第1、第2及び第3の図である。
ワーク起倒装置1は、ワークWを起倒させる装置である。すなわち、ワーク起倒装置1は、ワークWを起立状態から倒された状態に倒す一方、倒された状態におけるワークWを起立状態に起立させる装置である。このため、ワーク起倒装置1は、ワークWを所望の加工装置2に倒された状態でセットするために用いることができる。従って、ワーク起倒装置1を加工装置2におけるワークWのセットを補助するための構成要素としてもよい。
加工装置2の具体例としては、ショットピーニング装置、ブラスト処理装置或いは溶剤処理設備等の表面処理設備、マシニングセンタやフライス盤等の機械加工を行う工作機械、オートリベッタ等の組立装置、オートクレーブ装置やプレス機等の成形加工装置が挙げられる。もちろん、ワークWを倉庫に格納する場合のように、任意の目的でワーク起倒装置1を用いることができる。
ワーク起倒装置1による起倒対象は、起倒を要する任意の構造を有するワークWとすることができる。特に、ワーク起倒装置1は、大型のワークWや重量が大きいワークWであっても、少ない動力でワークWを起倒できるように構成されている。従って、平板状のワークWに限らず、棒状又はブロック状のワークWをワーク起倒装置1による起倒対象とすることができる。
通常は、ワークWの高さが最低とならない向きで配置される状態がワークWの起立状態となり、起立状態よりもワークWの高さがより低くなる向きで配置される状態がワークWの倒された状態となる。例えば、板状のワークWであれば、厚さ方向が概ね水平方向となる状態が起立状態となり、厚さ方向が概ね鉛直方向となる状態が倒された状態となる。
もちろん、航空機組立品等の複雑な構造を有する組立品をワーク起倒装置1による起倒対象とすることもできる。図示された例では、パネルに複数のストリンガを取付けた板状の翼構造体がワークWとしてワーク起倒装置1による起倒対象となっている。翼構造体のサイズは、数メートル級のサイズを有する。
ワーク起倒装置1は、支持機構3、回転補助機構4、昇降機構5、コロ6、ロック機構7及び可動台車8で構成することができる。
一方、ワークWをフレーム9に取付けた状態でワーク起倒装置1により起倒させることができる。フレーム9を介してワークWを起倒させるようにすれば、異なる構造を有する多種類のワークWをワーク起倒装置1で起倒させることが可能となる。すなわち、異なる構造を有するワークWを、ワークWの構造に応じたクランプ9Aで共通の構造を有するフレーム9に取付けることができる。
また、ワーク起倒装置1の構造に合わせてフレーム9の構造を決定することにより、ワーク起倒装置1による起倒を容易にすることができる。具体例として、フレーム9には、フレーム9を起倒方向に回転させるための回転軸9Bを設けることができる。従って、ワークWを取付けるためのフレーム9及びフレーム9に付随するクランプ9A等の備品をワーク起倒装置1の構成要素としてもよい。
尚、フレーム9自体を組立治具等のワークWの他の工程に使用される治具としてもよい。その場合、ワークWをフレーム9に着脱するための労力を軽減することができる。もちろん、フレーム9を使用せずに、ワークWをワーク起倒装置1で直接起倒させるようにしてもよい。特に、小品種多量生産を行う場合やワーク起倒装置1でワークWを起倒させるために適切な構造をワークWに設けることが可能な場合には、ワークWを直接起倒させることが段取り作業を削減する観点から有効である。
図示された例では、数メートル級のサイズを有する板状のワークWが、支柱を連結した矩形のフレーム9にクランプ9Aで取付けられている。ワークWのサイズが数メートル級であれば、ワークWを含むフレーム9の総重量が1トンを超える場合もある。以降では、フレーム9を使用してワークWを起倒させる場合を例に説明する。
支持機構3は、ワークWを含む起倒対象が起立状態である場合に、起倒対象の重心よりも上方となる支持位置で起倒対象を回転可能に支持するための構成要素である。ワークWをフレーム9で保持する場合には、起倒対象は、ワークW及びフレーム9となる。また、ワークWには、加工装置2による加工に必要な治具等を組付けることもできる。逆に、ワークWのみを起倒させる場合には、起倒対象は、ワークWのみとなる。従って、起倒対象の重心の位置は、フレーム9及びその他の組付物の重量に応じてワークWの重心の位置からシフトすることになる。但し、ワークWの重量に対して重量が相対的に小さい組付物については、無視してもよい。また、フレーム9についてもワークWの重量に対して重量が相対的に小さい場合には、フレーム9の重量を無視してもよい。
図示された例では、フレーム9の左右に突出するように設けられた回転軸9Bが、支持機構3によって回転可能に支持されている。そのために、支持機構3は、フレーム9の左右の回転軸9Bをそれぞれ支持するための溝3Aを有するブロック3Bで構成することができる。
回転軸9Bは、ワークWを保持した状態におけるフレーム9の重心位置よりも上方に設けられる。従って、ブロック3Bでフレーム9の回転軸9Bを支持すれば、必然的にワークWを保持した状態におけるフレーム9の重心位置よりも上方でワークW及びフレーム9が支持機構3で支持されるようになっている。ワークW及びフレーム9を含む起倒対象は、重心位置よりも上方の位置で支持機構3によって支持される。従って、支持機構3によって支持される起倒対象は、起立状態で安定することになる。
図6は、図1に示す支持機構3の別の構造例を示す図である。
ワークWが翼構造体である場合には、パネルにストリンガ等の部品を取付けた構造を有する。すなわち、ワークWの構造は完全な板状とはならない。また、ワークWがパネルのみであっても、パネルが湾曲している場合もある。そのような場合には、ワークWの重心がパネルの厚さ方向における中心とはならい。この場合、ワークWを自由に吊り下げた状態において、ワークWが傾斜することになる。
そこで、図6に示すように、支持機構3を構成する各ブロック3Bに、複数の溝3Aを設けることができる。すなわち、ワークW及びフレーム9を含む起倒対象に形成される回転軸9Bの形状に応じた形状を有する同一直線上に無い平行な複数の溝3Aを各ブロック3Bに形成することができる。そして、起倒対象の厚さ方向における重心の位置に応じて選択された、複数の溝3Aのうちの1つの溝3Aで回転軸9Bを支持するようにすることができる。これにより、ワークW及びフレーム9を含む起倒対象が起立状態において傾斜したとしても、起倒対象を適切な位置で支持することができる。
回転補助機構4は、支持機構3によって支持された起立状態におけるワークWを含む起倒対象を、支持位置よりも下方で押し出すための装置である。回転補助機構4による起倒対象の押出方向は、起倒対象の起倒方向に対応する方向とされる。従って、回転補助機構4による起倒対象の押出しによって、起倒対象の回転方向が、起倒方向に規制される。これにより、起倒対象を起立状態から倒された状態に回転させる場合において、支持位置を中心とする起倒対象の回転を補助することができる。
図示された例では、フレーム9の左右の支柱を押し出すための2つの押出装置10によって回転補助機構4が構成されている。各押出装置10は、L字型のアーム10Aの先端にローラ10Bを取付けた構造を有し、移動機構10Cによってフレーム9に向かって接近する方向及びフレーム9から離れる方向に移動できるように構成されている。従って、アーム10Aをフレーム9に接近させてローラ10Bをフレーム9に接触させた後、引き続きアーム10Aを同じ方向に移動させることによってフレーム9を押し出すことができる。移動機構10Cとしては、ボールねじやラックアンドピニオン等の直線移動用の任意の機構を利用することができる。
尚、ワークW自体を押し出すように回転補助機構4を構成してもよい。但し、図示されるように、フレーム9を押し出すようにすれば、上述したようにワークWの形状に依らず、起倒対象を押し出すことが可能となる。また、ワークWが損傷する可能性を回避することができる。
昇降機構5は、支持機構3を昇降させることによってワークW及びフレーム9を含む起倒対象を起倒させる装置である。すなわち、図4に例示されるように、回転補助機構4で起倒対象を押すことによって起倒対象を所定の角度だけ回転させた後であれば、図5に例示されるように、回転補助機構4で起倒対象を支持した状態で支持機構3を下降させることによって起倒対象を起立状態から倒された状態に回転させることができる。具体例として回転補助機構4で起倒対象を2度から3度程度傾ければ、起倒対象の重心が起倒方向に合わせて移動するため、起倒対象を倒すことができる。つまり、起倒対象の重心よりも下方を押し出して支持した状態で、起倒対象の支持位置を下降させることによって、起倒対象を押し倒すことができる。
逆に、起倒対象が倒された状態である場合に支持機構3を上昇させれば、重力によって起倒対象を倒された状態から起立状態に戻すことができる。この場合には、回転補助機構4による起倒対象の押出動作は行われない。従って、回転補助機構4のアーム10A及びローラ10Bは、移動機構10Cの駆動によって退避位置に移動する。
尚、支持機構3による起倒対象の支持位置が、起倒対象の重心の位置から上方に離れている程、起倒対象の反転防止による安定化を図れる反面、回転補助機構4で起倒対象を押し出すために、より大きな動力が必要となる。また、起倒対象を起立させる際には、支持機構3による起倒対象の支持位置が、起倒対象の重心の位置から上方に離れている程、重力の作用によって起倒対象を容易に起立させることが可能となる。
そこで、起倒対象の重心からの距離が起立状態における起倒対象の高さの0%より大きく10%以下となる支持位置で起倒対象を支持することが、起倒対象の安定化及び容易な起立と起倒対象を押し出すための動力低減を両立させる観点から好適である。具体例として、フレーム9の高さが3m程度であれば、起倒対象を支持機構3で支持する位置、つまりフレーム9に対する回転軸9Bの相対的な位置を、起倒対象の重心から100mm程度上方にシフトした位置にすることができる。
昇降機構5は、図示されるように、一対の矩形の枠5Aを構成する支柱にそれぞれリニアガイド5B及びボールねじ5Cを取付けることによって構成することができる。各リニアガイド5Bは、支持機構3のブロック3Bの移動方向を鉛直方向に規制するためのガイドである。各ボールねじ5Cは、支持機構3のブロック3Bを鉛直方向に直線移動させるためのスライド機構である。もちろん、ラック・アンド・ピニオンやワイヤと滑車を利用した機構等の任意の直線移動機構によって昇降機構5を構成することができる。
矩形の枠5Aを構成する支柱の間のスペースは、ワークW及びフレーム9をワーク起倒装置1に搬入及び搬出するために使用することができる。すなわち、ワークW及びフレーム9を起立させた状態で、厚さ方向と概ね垂直な方向に移動させながらワーク起倒装置1に搬入及び搬出することができる。そのために、フレーム9の下端を容易に移動させることができるように、コロ6を配置することが実用的である。また、昇降機構5は、ワークW及びフレーム9の搬入時及び搬出時には、ブロック3Bをフレーム9よりも下方に退避させるように構成される。
また、ワーク起倒装置1には、起立状態における起倒対象をロックすることによって起倒対象の意図しない回転を抑止するロック機構7を設けることができる。図示された例では、上下左右の4組の対向する2枚の当接板7Aが、ロック機構7として昇降機構5の左右の枠5A及び左右の枠5Aを連結する底部に取付けられている。対向する2枚の当接板7Aが互いに対向する面は、起立状態における起倒対象の端部と接触させるための面として用いられる。すなわち、対向する2枚の当接板7Aで起立状態における起倒対象の端部を挟み込むことによって、起倒対象の意図しない回転を抑止することができる。
各当接板7Aの当接面は、昇降機構5の駆動によって起立状態における起倒対象が所定の位置まで下降した場合にのみ起倒対象の端部と接触する位置に配置される。換言すれば、昇降機構5の駆動によって起立状態における起倒対象を所定の高さまで上昇させると、各当接板7Aの当接面が起倒対象の端部と接触しなくなるような位置に各当接板7Aが配置される。
このような構造によってロック機構7を構成すると、図3に例示されるように昇降機構5の駆動によって起立状態における起倒対象が所定の位置まで上昇した場合に起倒対象を開放して回転可能とする一方、起立状態における起倒対象が所定の位置まで下降した場合に起倒対象をロックして回転を抑止することが可能となる。すなわち、専用の動力を使用せずに、起倒対象のロック状態と、アンロック状態とを切換えることができる。
尚、起立状態における起倒対象の端部と接触させることによって、起倒対象の意図しない回転を抑止するための当接面を、当接板7A以外の任意の構造物によって形成してもよい。すなわち、板状でない構造物によって当接面を形成してもよい。
倒された後の起倒対象の少なくとも一部は、回転補助機構4で支持されることになる。図5に示す例では、昇降機構5の駆動によって支持機構3のブロック3Bが、フレーム9の回転軸9Bがブロック3Bの溝3Aから離脱するまで下降するようになっている。従って、倒された状態におけるフレーム9は、2組のL字型のアーム10Aの関節部分に設けられた支持体10Dとローラ10Bとによって4箇所で支持される。
但し、アーム10Aの支持体10Dとは別に、倒された後の起倒対象を支持するための支持体を設けるようにしてもよい。或いは、支持機構3のブロック3Bと、アーム10Aのローラ10Bとによって、倒された後の起倒対象を支持するようにしてもよい。その場合には、昇降機構5の駆動によって支持機構3のブロック3Bが、起倒対象を支持する位置まで下降されることになる。但し、倒された後の起倒対象を、起倒対象の重心の位置からできるだけ離れた位置で支持することが起倒対象の安定化に繋がる。従って、倒された後の起倒対象を、安定的に支持する観点からは、図5に例示されるように、アーム10Aの支持体10D又は他の支持体で起倒対象の重心の位置から十分に離れた位置で倒された後の起倒対象を支持することが好適である。
回転補助機構4で支持された、倒された後の起倒対象は、回転補助機構4から可動台車8に乗せ換えることができる。可動台車8は、倒された状態における起倒対象を載置してワークWの加工装置2に向けて送り出す一方、加工装置2における加工後のワークWを含む起倒対象を載置して支持機構3で起倒対象を支持することが可能な位置まで戻すための装置である。
可動台車8は、走行装置8Aで走行可能なシザーリフト等の昇降装置8Bに、起倒対象を載置するためのテーブル8Cを取付けて構成することができる。走行装置8Aは、回転補助機構4で支持された起倒対象と、加工装置2との間を移動する装置である。走行装置8Aは、レールに沿って走行する車輪等で構成することができる。昇降装置8Bは、テーブル8Cの高さを変えるための装置である。
起倒対象が倒れて回転補助機構4で支持されると、テーブル8Cの高さを回転補助機構4で支持された起倒対象の底面よりも下降させた状態で、可動台車8を起倒対象の下に移動させることができる。そして、昇降装置8Bでテーブル8Cの高さを回転補助機構4で支持された起倒対象の底面よりも高い位置まで上昇させることによって起倒対象を回転補助機構4から可動台車8に乗せ換えることができる。これにより、可動台車8で起倒対象を加工装置2側に送り出すことができる。
尚、起倒対象が完全に倒れて回転補助機構4で支持された後で、可動台車8への乗せ換えが行われるように、起倒対象が完全に倒れて回転補助機構4で支持されたことを検出できるようにしてもよい。具体例として、回転補助機構4の支持体10Dに負荷される圧力を検出する圧力センサ10Eを回転補助機構4の任意の位置に設けることができる。一方、圧力センサ10Eの検出信号に基づいて可動台車8を制御する制御装置8Dを設けることができる。制御装置8Dは、コンピュータ等の電子回路によって構成することができる。そして、起倒対象が完全に倒れて圧力センサ10Eで圧力が検出された後で、制御装置8Dによる制御によって可動台車8を起倒対象側に移動させることができる。
可動台車8で加工装置2側に送り出されたワークWは、フレーム9とともに加工装置2のテーブルやワーク保持機構等に乗せ換えることができる。或いは、可動台車8に載置された状態で、加工装置2によるワークWの加工が行われるようにしてもよい。すなわち、可動台車8のテーブル8Cを加工装置2用のテーブルとして利用してもよい。
一方、可動台車8と回転補助機構4とを一体化してもよい。その場合には、可動台車8の移動によって可動台車8に取付けられた回転補助機構4で起倒対象を押出して倒し、回転補助機構4又は可動台車8のテーブル8Cで、倒された後の起倒対象を支持するようにすることができる。特に、可動台車8のテーブル8Cで、倒された後の起倒対象を支持するようにすれば、起倒対象の可動台車8への乗せ換えを省略することができる。逆に、図示されるように、回転補助機構4でフレーム9を押出し、ワークWを取付けたフレーム9が倒れた後で、可動台車8が移動するようにすれば、重量物であるワークWと可動台車8との接触事故を確実に回避することができる。
(動作及び作用)
次にワーク起倒装置1によるワークWの起倒方法及びワーク起倒装置1を利用したワークWの加工方法ついて図1、図3、図4及び図5を参照して説明する。
まず、ワークWがクランプ9Aでフレーム9に取付けられる。フレーム9で保持されたワークWは、ワーク起倒装置1への搬入位置まで搬送される。この時、支持機構3のブロック3Bは、下方の退避位置まで下降した状態となっている。このため、ワークWが取付けられたフレーム9を、昇降機構5の矩形の枠5Aを構成する支柱の間のスペースからコロ6を利用してワーク起倒装置1に搬入することができる。
ワーク起倒装置1に搬入されたフレーム9の四隅の端部は、ロック機構7として設けられる四隅の当接板7Aで挟み込まれる。このため、ワークWを保持するフレーム9は起立した状態となり、転倒することは無い。
次に、昇降機構5のボールねじ5Cが駆動する。このため、支持機構3のブロック3Bがリニアガイド5Bでガイドされながら上昇する。その結果、ブロック3Bの溝3Aでフレーム9の回転軸9Bが支持される。
更に、ブロック3Bが上昇すると、ワークWを保持するフレーム9がブロック3Bとともに上昇する。このため、図3に例示されるようにフレーム9の四隅の端部が、当接板7Aの間から外れる。すなわち、ロック機構7によるフレーム9の転倒防止用のロックが外れる。逆に言えば、昇降機構5の駆動によって、ロック機構7によるフレーム9の転倒防止用のロックが外れるまで、ワークWを保持するフレーム9がブロック3Bとともに上昇する。
これにより、ワークW及びフレーム9を含む起立状態における起倒対象が、起倒対象の重心よりも上方に配置された回転軸9Bの位置を支持位置として支持機構3のブロック3Bで回転可能に支持された状態となる。
次に、起倒対象を起立状態から倒された状態に回転させる場合における、支持位置を中心とする起倒対象の回転が回転補助機構4によって補助される。具体的には、回転補助機構4の2つの押出装置10が駆動し、各移動機構10Cがフレーム9に向かって接近する方向に移動する。このため、各移動機構10Cに搭載されたL字型のアーム10Aの先端に設けられたローラ10Bがフレーム9の回転軸9Bよりも下方の位置に接触する。各移動機構10Cは更に進行する。これにより、図4に例示されるように、ワークW及びフレーム9を含む起倒対象の重心よりも下方の位置でフレーム9が押出装置10のローラ10Bによって押し出される。
すなわち、起立状態における起倒対象が、支持機構3による支持位置よりも下方で回転補助機構4によって押し出される。これにより、起倒対象が起倒方向に向かって所定の角度だけ回転し、起倒対象の逆方向への回転が抑制される。すなわち、起倒対象の起倒方向が規制される。
次に、起倒対象が少なくとも所定の角度だけ回転した後で昇降機構5のボールねじ5Cが逆方向に駆動する。このため、支持機構3のブロック3Bがリニアガイド5Bでガイドされながら下降する。ブロック3Bが下降すると、ワークWを保持するフレーム9の回転軸9Bもブロック3Bとともに下降する。一方、フレーム9の回転軸9Bよりも下方の部分は、回転補助機構4のアーム10Aの先端に設けられたローラ10Bで支持されている。従って、ワークWを保持するフレーム9は、ブロック3Bによる回転軸9Bの下降に伴って回転軸9Bを中心として起倒方向に回転する。
更に、ブロック3Bの下降は、ワークWを保持するフレーム9の幅方向、すなわち起立状態では高さ方向であった幅方向が概ね水平方向となるまで続行される。すなわち、フレーム9の支持位置となる回転軸9Bを下降させることによってワークW及びフレーム9を含む起倒対象を起立状態から倒された状態に回転させる。
ワークW及びフレーム9を含む起倒対象が倒れた状態になると、図5に例示されるように、フレーム9は、アーム10Aの支持体10Dとローラ10Bとによって支持される。このため、ブロック3Bが更に下降すると、フレーム9の回転軸9Bがブロック3Bの溝3Aから離脱する。そして、ブロック3Bが初期位置まで下降すると、昇降機構5のボールねじ5Cが停止する。これにより、ブロック3Bの下降が停止する。
一方、ワークW及びフレーム9を含む起倒対象がアーム10Aの支持体10Dとローラ10Bとによって支持されると、圧力センサ10Eによって起倒対象による圧力が検知される。圧力センサ10Eによる検出信号は、可動台車8の制御装置8Dに出力される。そうすると、制御装置8Dから制御信号が出力され、走行装置8Aが走行する。これにより、可動台車8は、ワークW及びフレーム9を含む起倒対象に向かって移動する。
可動台車8が移動し、テーブル8CがワークW及びフレーム9の下方まで到達すると、走行装置8Aが停止する。すなわち、可動台車8が停止する。そして、昇降装置8Bの駆動によってテーブル8Cが上昇する。その結果、ワークW及びフレーム9がテーブル8Cによってすくい上げられる。すなわち、ワークW及びフレーム9が回転補助機構4のアーム10Aから可動台車8に乗せ換えられる。
ワークW及びフレーム9がテーブル8Cに載置されると、走行装置8Aが加工装置2に向かって走行する。これにより、ワークW及びフレーム9を加工装置2に送り出すことができる。加工装置2では、倒された状態におけるワークWの加工を行うことによって製品又は半製品を製造することができる。例えば、オートリベッタの保持機構にワークW及びフレーム9を乗せ換え、ワークWの打鋲を行うことができる。
加工装置2における加工によって製造された製品又は半製品は、起倒対象として再び可動台車8のテーブル8Cに載置される。そうすると、可動台車8の走行装置8Aが走行する。これにより、テーブル8Cに製品又は半製品を載置した可動台車8は、回転補助機構4の支持体10D及びローラ10Bに向かって移動する。そして、フレーム9で保持された製品又は半製品がアーム10Aの支持体10D及びローラ10Bの上方まで到達すると、走行装置8Aが停止する。すなわち、可動台車8が停止する。
可動台車8が停止すると、昇降装置8Bの駆動によってテーブル8Cが下降する。その結果、フレーム9で保持された製品又は半製品がアーム10Aの支持体10D及びローラ10Bで支持される。すなわち、フレーム9で保持された製品又は半製品が可動台車8から回転補助機構4のアーム10Aに起倒対象として乗せ換えられる。そして、フレーム9で保持された製品又は半製品のアーム10Aへの乗せ換えが完了すると、可動台車8が加工装置2に向かって移動し、退避位置で停止する。
そうすると、昇降機構5の駆動によって、フレーム9で保持された製品又は半製品を起立させることができる。具体的には、昇降機構5のボールねじ5Cが駆動する。このため、支持機構3のブロック3Bがリニアガイド5Bでガイドされながら上昇する。その結果、ブロック3Bの溝3Aでフレーム9の回転軸9Bが支持される。更に、ブロック3Bが上昇すると、製品又は半製品を保持するフレーム9の回転軸9Bがブロック3Bとともに上昇する。
フレーム9の回転軸9Bは、製品又は半製品を保持するフレーム9の重心の位置から離れた位置に設けられている。従って、フレーム9の回転軸9Bがブロック3Bとともに上昇しても、重力の作用によってフレーム9が回転軸9Bを中心に回転する。このため、フレーム9の回転軸9Bよりも重心側がアーム10Aのローラ10Bで引き続き支持される。
更に、ブロック3Bが上昇すると、製品又は半製品を保持するフレーム9はアーム10Aのローラ10Bで支持された状態で回転しながら上昇する。そして、フレーム9が十分な高さまで上昇すると、具体的には、回転軸9Bを中心にフレーム9を回転させた場合に、フレーム9の四隅の端部が四隅の当接板7Aよりも上方となる位置までフレーム9が上昇すると、昇降機構5のボールねじ5Cが停止する。このため、支持機構3のブロック3Bとともに製品又は半製品を保持するフレーム9の上昇も停止する。
次に、回転補助機構4の2つの押出装置10が駆動し、各移動機構10Cがフレーム9から離れる方向、すなわち加工装置2に向かう方向に移動する。この結果、製品又は半製品を保持するフレーム9はアーム10Aのローラ10Bで支持された状態で回転する。そして、フレーム9の四隅の端部が四隅の当接板7Aよりも上方となる位置までフレーム9が回転すると、押出装置10が停止する。これにより、製品又は半製品を保持するフレーム9はアーム10Aのローラ10Bで過剰な回転が抑止された状態で起立する。
次に、昇降機構5のボールねじ5Cが駆動し、支持機構3のブロック3Bが下降する。このため、製品又は半製品を保持するフレーム9も下降する。その結果、フレーム9の四隅における端部が四隅の当接板7Aで挟み込まれる。これによりフレーム9の回転が抑止される。すなわち、フレーム9がロック状態となる。
更にブロック3Bが下降すると、フレーム9の下面がコロ6で支持される。引き続きブロック3Bを下降させると、フレーム9の回転軸9Bがブロック3Bの溝3Aから離脱する。これにより、製品又は半製品を保持するフレーム9の重量は、コロ6で支持される。
その後、ブロック3Bをコロ6よりも下方の退避位置まで下降させることができる。ブロック3Bが退避位置に到達すると、昇降機構5のボールねじ5Cが停止する。そして、製品又は半製品を保持するフレーム9を、昇降機構5の矩形の枠5Aを構成する支柱の間のスペースからコロ6を利用してワーク起倒装置1から搬出することができる。
一方、押出装置10については、加工装置2に向かう方向に更に移動させることができる。これにより、ワーク起倒装置1を、ワークWを取付けたフレーム9がワーク起倒装置1に搬入される前の初期状態に戻すことができる。このため、次のワークWを対象として、再びワークWの起倒工程を含む加工を行うことができる。すなわち、昇降機構5でワークWを取付けたフレーム9の支持位置を昇降させることによってワークWを含む起倒対象を起倒させることができる。そして、倒された状態におけるワークWを対象として、加工装置2による加工を行うことができる。
つまり以上のようなワーク起倒装置1、ワーク起倒方法及びワーク加工方法は、ワークWを取付けたフレーム9等の起倒対象の重心位置よりも上方を支持し、起倒対象の重心位置よりも下方を押し出して支持しながら支持位置を下降させることによって重力を利用して起倒対象を起倒させるようにしたものである。
(効果)
このため、ワーク起倒装置1、ワーク起倒方法及びワーク加工方法によれば、重量の大きいワークWであっても、僅かな動力でワークWを起倒させることができる。しかも、ワークWの重心から所定の距離に設けられる回転軸9Bを中心にワークWが回転するため、ワークをセットするためのテーブルをチルトさせたり、ワークを保持するアームを回転させる場合に比べて、ワークWの移動範囲が狭い。従って、大型のワークWであっても、限られた空間内でワークWの姿勢を安全に変更することが可能となる。
このため、ワーク起倒装置1、ワーク起倒方法及びワーク加工方法によれば、重量の大きいワークWや大型のワークWであっても、クレーンを使用することなく自動的に起倒させて加工装置2に送り出すことができる。特に、ワーク起倒装置1へのワークWの搬入及び搬出についても自動化すれば、フレーム9に取付けた様々な形状を有する複数のワークWをオートリベッタ等の加工装置2に連続的かつ自動的に供給及びセットすることが可能となる。
(第2の実施形態)
(構成及び機能)
図7は本発明の第2の実施形態に係るワーク起倒装置の全体構成を示す正面図であり、図8乃至図13は、それぞれ図7に示すワーク起倒装置によってワークを起倒させる過程を示す第1乃至第6の図である。
図7乃至13に示された第2の実施形態におけるワーク起倒装置1Aでは、回転補助機構4Aの構成が第1の実施形態におけるワーク起倒装置1と相違する。第2の実施形態におけるワーク起倒装置1Aの他の構成及び作用については第1の実施形態におけるワーク起倒装置1と実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。
第2の実施形態におけるワーク起倒装置1Aの回転補助機構4Aは、第1の回転補助機構20、第2の回転補助機構21及びガイド機構22を有する。また、ワークWがパネルにストリンガ等の補強部品と取付けた構造を有するため、フレーム9の厚さ方向の一方側からワークWの一部が飛び出している。このため、ワークW及びフレーム9を含む起倒対象の重心は、フレーム9の厚さ方向における中心位置からシフトしている。
そこで、図6に例示されるように支持機構3を構成する各ブロック3Bには2つの溝3Aが設けられている。一方、フレーム9には、プレートを介して回転軸9Bが、起倒対象の重心位置に合わせて設けられている。すなわち、回転軸9Bがフレーム9の厚さ方向における中心位置から起倒対象の重心がある方向にシフトした位置に設けられている。このため、鉛直方向に起立した状態におけるフレーム9の厚さ方向における中心位置よりも、起倒対象の重心位置側にあるブロック3Bの溝3Aで回転軸9Bが支持されている。
このように、ワークWの厚さ方向の重心の位置に応じて厚さ方向にシフトした位置に回転軸9Bを設けたフレーム9と、鉛直方向に起立した状態におけるフレーム9の厚さ方向における中心位置からワークWの厚さ方向の重心の位置に応じてシフトした位置に溝3Aを設けたブロック3Bとを用いることによって、ワークWの重心が厚さ方向の中心にない場合であっても、ワークWをフレーム9に取付けた起倒対象の回転軸9Bをブロック3Bで自由に支持した状態において、フレーム9をできるだけ鉛直方向に近い向きで起立させることが可能となる。
第1の回転補助機構20は、支持機構3によって支持された起立状態における起倒対象を、支持位置よりも下方で起倒対象を倒す方向に対応する第1の向きで押すことによって起立状態から倒された状態への起倒対象の回転を補助するために用いることができる。すなわち、第1の回転補助機構20を、起倒対象を第1の向きで倒すために用いることができる。
一方、第2の回転補助機構21は、支持機構3によって支持された起倒対象を、支持位置よりも下方で第1の向きと反対の、起倒対象の起立方向に対応する第2の向きで押すことによって起倒対象を起立状態とするための起倒対象の回転を補助するために用いることができる。すなわち、第2の回転補助機構21を、第2の向きで起倒対象を起立させるために用いることができる。
加えて、第1の回転補助機構20を、起倒対象を第1の向きで起立させるための補助機構として用いることもできる。すなわち、第1の回転補助機構20を、支持機構3によって支持された起倒対象を、支持位置よりも下方で起倒対象の起立方向に対応する第1の向きで押すことによって起倒対象を起立状態とするための起倒対象の回転を補助するための構成要素として用いることができる。
他方、第2の回転補助機構21を、起倒対象を第1の向きと反対の第2の向きで倒すための補助機構としても用いることができる。すなわち、第2の回転補助機構21を、支持機構3によって支持された起立状態における起倒対象を、支持位置よりも下方で起倒対象を倒す方向に対応する第2の向きで押すことによって起立状態から倒された状態への起倒対象の回転を補助するための構成要素として用いることができる。
つまり、第2の実施形態における回転補助機構4A及び昇降機構5は、ワークWを取付けたフレーム9を起倒対象として双方向に起倒させることができるように構成されている。具体的には、起倒対象を倒す際には、回転補助機構4Aは、起立状態における起倒対象を回転軸9Bを中心として双方向に所定の角度だけ回転させることができるように構成されている。他方、昇降機構5は、起倒対象がいずれかの方向に所定の角度だけ回転した後で支持機構3を昇降させることによって起倒対象を回転軸9Bを中心として双方向に倒すことができるように構成されている。
加えて、回転補助機構4Aは、起立状態における起倒対象の一方側を支持位置よりも下方で押すことによって起立状態から倒された状態への起倒対象の回転を補助する一方、倒された状態から起立状態に変化する途中における起倒対象を支持位置よりも下方で他方側から押すことによって起倒対象を起立状態とするための起倒対象の回転を補助することができるように構成されている。
特に、ワークWを取付けたアンロック状態におけるフレーム9の回転軸9Bを支持機構3のブロック3Bで支持した場合において、ワークWを取付けたフレーム9が自重によって傾斜する場合には、起倒対象を起倒させることが容易な方向がワークWを取付けたフレーム9の傾斜方向に応じて変化する。そこで、アンロック状態における起倒対象の傾斜方向に応じて起倒対象の起倒に第1の回転補助機構20及び第2の回転補助機構21のいずれを使用するのかを決定し、起倒対象の起倒方向を適切に決定することができる。
例えば、起倒対象を倒すために第1の回転補助機構20で起倒対象を第1の方向に押し出す一方、起倒対象を起立させるために第2の回転補助機構21で起倒対象を第2の方向に押し出すようにすることができる。逆に、起倒対象を倒すために第2の回転補助機構21で起倒対象を第2の方向に押し出す一方、起倒対象を起立させるために第1の回転補助機構20で起倒対象を第1の方向に押し出すようにしてもよい。或いは、起倒対象を倒すために第1の回転補助機構20で起倒対象を第1の方向に押し出す一方、起倒対象を起立させるために第1の回転補助機構20で第1の方向から起倒対象の過剰な回転を抑止するようにしてもよい。逆に、起倒対象を倒すために第2の回転補助機構21で起倒対象を第2の方向に押し出す一方、起倒対象を起立させるために第2の回転補助機構21で第2の方向から起倒対象の過剰な回転を抑止するようにしてもよい。
もちろん、起倒対象を起立させるために第1の回転補助機構20及び第2の回転補助機構21の双方を起倒対象に接触させるようにしてもよい。すなわち、第1の回転補助機構20で起倒対象を第1の方向に押し出すことによって起倒対象を起立させる一方、第2の回転補助機構21で第2の方向から起倒対象の過剰な回転を抑止することができる。逆に、第2の回転補助機構21で起倒対象を第2の方向に押し出すことによって起倒対象を起立させる一方、第1の回転補助機構20で第1の方向から起倒対象の過剰な回転を抑止することができる。
このようにアンロック状態における起倒対象の傾斜方向、つまり、起倒対象の厚さ方向における重心の位置に応じて起倒方向を変える場合には、起倒対象の厚さ方向における重心の位置に応じてフレーム9の回転軸9Bを支持するための溝3Aを選択するようにすることが一層効果的である。すなわち、フレーム9の回転軸9Bを支持するための溝3Aの位置と、フレーム9の押出し方向とを組合わせて選択することによって、起倒対象の重心位置に応じた適切な起倒が可能となる。
また、起倒対象を起立させる場合において、倒された状態から起立状態に変化する途中における起倒対象を、第1の回転補助機構20又は第2の回転補助機構21で起き上がり方向に押し出すようにすれば、起倒対象の厚さ方向における重心位置に関わらず、フレーム9を確実に鉛直方向に向けることができる。このため、起倒対象を起立させた後、昇降機構5でブロック3Bを下降させることによってフレーム9を確実に当接板7Aで挟み込むことが可能となる。一方、起倒対象を倒す場合においても、アンロック状態における起倒対象の傾斜方向を起倒方向とすることによって、より少ない動力で起倒対象を倒すことが可能となる。
第1の回転補助機構20は、鉛直方向に起立するアーム20Aの先端にローラ20Bを設け、ボールネジ等を利用した移動機構20Cによってアーム20Aを移動させることが可能な構造とすることができる。アーム20Aには、ローラ20B及びアーム20Aに負荷される圧力を検出し、検出信号を制御装置8Dに出力する圧力センサ20Dを取付けることができる。同様に、第2の回転補助機構21も、鉛直方向に起立するアーム21Aの先端にローラ21Bを設け、ボールネジ等を利用した移動機構21Cによってアーム21Aを移動させることが可能な構造とすることができる。アーム21Aには、ローラ21B及びアーム21Aに負荷される圧力を検出し、検出信号を制御装置8Dに出力する圧力センサ21Dを取付けることができる。
尚、第1の実施形態に例示されるようなL字型のアームを用いて第1の回転補助機構20及び第2の回転補助機構21を構成してもよい。その場合には、第1の回転補助機構20及び第2の回転補助機構21を、起倒対象の両側から起倒対象に向かってL字型のアームが進退するように構成すればよい。
但し、鉛直方向に起立する単純な構造を有するアーム20A、21Aを用いて第1の回転補助機構20及び第2の回転補助機構21をそれぞれ構成すれば、各アーム20A、21Aの先端に設けられたローラ20B、21Bを起倒対象のいずれの方向からも接触させることが可能となる。加えて、第1の回転補助機構20及び第2の回転補助機構21を配置するために必要なスペースを小さくすることができる。
第1の回転補助機構20を構成するアーム20Aの先端に取付けられたローラ20B及び第2の回転補助機構21を構成するアーム21Aの先端に取付けられたローラ21Bは、それぞれ起倒対象を起倒するために押し出したり、起倒対象の起立時において過剰な回転を抑止するために起倒対象に接触させたりする他、倒れた状態における起倒対象を支持するために使用することができる。
従って、第1の回転補助機構20のアーム20Aを移動させる移動機構20Cの移動範囲は、倒れた状態における起倒対象を下方から支持する場合におけるアーム20Aの位置と、起倒対象を第1の方向から押し出すために必要となるアーム20Aの移動範囲がカバーされるように決定される。同様に、第2の回転補助機構21のアーム21Aを移動させる移動機構21Cの移動範囲は、倒れた状態における起倒対象を下方から支持する場合におけるアーム21Aの位置と、起倒対象を第2の方向から押し出すために必要となるアーム21Aの移動範囲がカバーされるように決定される。
図示された例では、第1の回転補助機構20のアーム20Aの移動範囲の長さと、第2の回転補助機構21のアーム21Aの移動範囲の長さとが、概ね同等な長さに決定されており、第1の回転補助機構20のアーム20Aの移動範囲と、第2の回転補助機構21のアーム21Aの移動範囲とが、アーム20A、21Aの移動方向に所定の距離だけ互いにシフトするように決定されている。
第1の回転補助機構20のアーム20Aの移動範囲及び第2の回転補助機構21のアーム21Aの移動範囲を十分に長く設定して、それぞれ起倒対象の両側に移動できるようにすれば、第1の回転補助機構20及び第2の回転補助機構21の双方を用いて同一の方向に起倒対象を押し出すことも可能となる。すなわち、第1の回転補助機構20及び第2の回転補助機構21の双方を用いて第1の方向に起倒対象を押し出すことが可能となる。逆に、第1の回転補助機構20及び第2の回転補助機構21の双方を用いて第2の方向に起倒対象を押し出すことも可能となる。尚、図示された例では、第1の方向が加工装置2から離れる方向となっており、第2の方向が加工装置2に向かう方向となっている。
また、第1の回転補助機構20のアーム20A及び第2の回転補助機構21のアーム21Aをそれぞれ起倒対象の加工装置2側に移動できるようにすれば、第1の回転補助機構20のアーム20A及び第2の回転補助機構21のアーム21Aの双方を、フレーム9の回転軸9Bよりも加工装置2側に移動させて、倒れた状態におけるフレーム9の下面を、第1の回転補助機構20のアーム20A及び第2の回転補助機構21のアーム21Aの双方を用いて2箇所で支持することが可能となる。
同様に、第1の回転補助機構20のアーム20A及び第2の回転補助機構21のアーム21Aをそれぞれ起倒対象の加工装置2から離れた側に移動できるようにすれば、第1の回転補助機構20のアーム20A及び第2の回転補助機構21のアーム21Aの双方を、フレーム9の回転軸9Bよりも加工装置2から離れた側に移動させて、倒れた状態におけるフレーム9の下面を、第1の回転補助機構20のアーム20A及び第2の回転補助機構21のアーム21Aの双方を用いて2箇所で支持することが可能となる。
倒れた状態における起倒対象を安定的に支持するためには、起倒対象の重心を挟む両側で起倒対象を支持することが重要である。そこで、第1の回転補助機構20及び第2の回転補助機構21で支持されない側において起倒対象を支持するための支持構造23を設けることが安定的に倒れた起倒対象を支持する観点から好適である。
支持構造23は、フレーム9に固定したベアリング9Cと、ベアリング9Cを転がしながらベアリング9Cの移動方向をガイドするガイド機構22とによって構成することができる。
ベアリング9Cは、フレーム9の両側にベアリング9Cの回転軸とフレーム9の回転軸9Bとが互いに平行となる向きで固定される。ベアリング9Cのフレーム9への取付位置は、起立状態において起倒対象の重心よりも下方となる位置とされる。
一方、ガイド機構22は、起立状態におけるフレーム9が所定の角度以上回転することによって高さが高くなったベアリング9Cを略水平方向に直線的に転がすためのリニアガイドである。ガイド機構22は、ベアリング9Cを挿入するための溝を設けた溝型のレールやベアリング9Cの走行面を形成する単純な棒状のレールによって構成することができる。
このようなベアリング9Cとガイド機構22とを用いた支持構造23をワーク起倒装置1Aに設けると、起倒対象を起倒させる際に、フレーム9の一方側を第1の回転補助機構20及び第2の回転補助機構21の各アーム20A、21Aではなくガイド機構22で支持することができる。また、起倒対象を倒した後には、フレーム9の一方側をガイド機構22で支持する一方、フレーム9の他方側を第1の回転補助機構20及び第2の回転補助機構21の各アーム20A、21Aで支持ことができる。すなわち、倒れた状態におけるフレーム9を4箇所で支持することが可能となる。従って、第1の回転補助機構20及び第2の回転補助機構21の各アーム20A、21Aは、フレーム9の押出しと、倒れた状態におけるフレーム9の支持のために用いられることになる。
尚、図示された例では、起倒対象を双方向に起倒させることができるように、互いに逆方向へのベアリング9Cの移動をガイドする2方向へのガイド機構22が設けられている。すなわち、フレーム9の両側の2つのベアリング9Cをガイドするための4つのガイド機構22が、昇降機構5の矩形の枠5Aを構成する4本の支柱にそれぞれ固定されている。
(動作及び作用)
次にワーク起倒装置1AによるワークWの起倒方法ついて図8乃至図13を参照して説明する。御、図8乃至図13は、ワーク起倒装置1AによるワークWの起倒方法の一例を示している。
ワークWを保持するフレーム9を起倒対象として、起立状態から水平方向に倒す場合には、昇降機構5の駆動によって支持機構3のブロック3Bが上昇する。これにより、フレーム9が当接板7Aの間から外れ、アンロック状態となる。次に、図8に示すように、第1の回転補助機構20及び第2の回転補助機構21の各アーム20A、21Aが移動し、フレーム9の下方を押し出す。これにより、フレーム9が回転軸9Bを中心として所定の角度だけ回転し、ベアリング9Cが円弧状の軌跡を描いて上方に移動する。その結果、ベアリング9Cの位置は、ガイド機構22よりも若干高い位置となる。
次に、昇降機構5の駆動によって支持機構3のブロック3Bが下降する。このため、図9に示すようにベアリング9Cがガイド機構22に接触し、高さが一定の状態で転がりながらガイド機構22によるガイド方向に直線的に移動する。その結果、ワークWを保持したフレーム9が回転軸9Bを中心として回転する。すなわち、起倒対象が徐々に倒される。一方、第1の回転補助機構20及び第2の回転補助機構21の各アーム20A、21Aは、倒された状態におけるフレーム9の下面を支持する位置に向かって移動する。
そして、支持機構3のブロック3Bが更に下降すると、図10に示すように、倒れた状態におけるフレーム9の下面が第1の回転補助機構20及び第2の回転補助機構21の各アーム20A、21Aに接触して水平状態となる。すなわち、起倒対象が倒された状態となる。この時、フレーム9は、第1の回転補助機構20及び第2の回転補助機構21の各アーム20A、21Aと、両側のベアリング9Cとによって4箇所で安定的に支持される。
そして、支持機構3のブロック3Bが更に下降すると、フレーム9の回転軸9Bがブロック3Bの溝3Aから完全に離脱する。これにより、フレーム9で保持されたワークWを加工装置2に向けて送り出すことができる。
一方、起倒対象を起立させる場合には、図11に示すように、第2の回転補助機構21のアーム21Aが、加工装置2から離れる方向に向かって、フレーム9の起立のための回転によって干渉しない位置まで移動する。
次に、昇降機構5の駆動によって支持機構3のブロック3Bが上昇する。そして、ブロック3Bの溝3Aでフレーム9が回転軸9Bが支持されると、ブロック3Bとともにフレーム9が回転軸9Bが上昇する。このため、図12に示すようにベアリング9Cが、高さが一定の状態で転がりながらガイド機構22によるガイド方向に直線的に移動する。その結果、ワークWを保持したフレーム9が回転軸9Bを中心として回転する。すなわち、起倒対象が徐々に起こされる。
支持機構3のブロック3Bが更に上昇すると、フレーム9が起立状態に近づき、ベアリング9Cがガイド機構22から上方に引離される。このため、ワークWを保持するフレーム9は、回転軸9Bのみで回転可能に支持されることになる。従って、ワークW及びフレーム9を含む起倒対象の重心の位置が回転軸9Bに対して鉛直下方となる。
このため、起倒対象の重心の位置が、フレーム9の厚さ方向における中心に無い場合には、起倒対象が傾斜することになる。そこで、図13に示すように第2の回転補助機構21のアーム21Aが、加工装置2側に向かって移動する。そして、第2の回転補助機構21のアーム21Aによって、フレーム9の下方が加工装置2側に押し出される。これにより、回転軸9Bで自由に支持された起倒対象が傾斜する場合であっても、確実にフレーム9を鉛直方向に起立させることができる。
他方、第1の回転補助機構20のアーム20Aを、鉛直方向に起立したフレーム9の下方と接触する位置まで移動させることができる。これにより、起倒対象が過剰に回転することを防止することができる。
尚、第1の回転補助機構20のアーム20Aを、鉛直方向に起立したフレーム9の下方と接触する位置において待機させる代わりに、回転中のフレーム9と接触させるようにしてもよい。すなわち、第2の回転補助機構21のアーム21A及び第1の回転補助機構20のアーム20Aをフレーム9の双方向から接触させた状態でフレーム9を起立させるようにすることもできる。この場合、鉛直方向に対するフレーム9の傾斜角度を、第2の回転補助機構21のアーム21A及び第1の回転補助機構20のアーム20Aの位置に合わせて正確に制御することが可能となる。
以上のような第2の実施形態は、起倒対象を双方向に起倒できるようにしたものである。加えて、起倒対象を起立させる際に、必要に応じて起倒対象の両側からアーム20A、21Aを押し当てることができるようにしたものである。
(効果)
このため、第2の実施形態によれば、起倒対象を自由に吊下げた状態で起倒対象が傾斜する場合であっても、適切な向きで起倒対象を倒す一方、確実に鉛直方向に起倒対象を起立させることができる。もちろん、第1の実施形態における効果と同様な効果を得ることもできる。
(他の実施形態)
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。