JP2017148898A

JP2017148898A - 押付治具

Info

Publication number: JP2017148898A
Application number: JP2016033566A
Authority: JP
Inventors: 修平宮崎; Shuhei Miyazaki
Original assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Current assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2036-02-24
Also published as: JP6520757B2

Abstract

【課題】動力源としてのアクチュエータを小型化することができるとともに、設備を小型化することができる押付治具を提供すること。【解決手段】押付治具１は、ベース部材２、平面状態Ｘ１及び曲面状態を形成可能な押付部材３、ベース部材２及び押付部材３に取り付けられた板バネ４、板バネ４に取り付けられ、押付部材３に接触する回動リンク５、並びに回動リンク５及びベース部材２に取り付けられたシリンダー６を備える。押付治具１は、シリンダー６による力が、回動リンク５及び板バネ４を介して、曲面状態から平面状態Ｘ１に変化する過程の押付部材３に伝達されるよう構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、押付対象物に倣って曲面状に変化することが可能な押付治具に関する。

例えば、自動車の室内の天井に、雨音、外部騒音等を遮断するための吸音材を貼り付ける作業は、作業者の手作業によって行われている。この貼付け作業を行う作業者は、上方を向いた状態で、手に持った大型の吸音材を天井の曲面に沿って順次押し付けている。また、産業用ロボットを利用して貼付け作業を行うこともある。この場合、産業用ロボットの移動先端部には、天井の曲面に沿った形状の型枠治具、又は天井の曲面に沿って移動させるローラ治具を取り付け、型枠治具又はローラ治具によって吸音材を天井に押し付けている。

また、例えば、特許文献１のルーフ組み付け支持装置においては、ルーフパネルとルーフリンフォースとを組み付ける際に、ＮＣ制御を行って、基準ＮＣ駒、ＮＣ支持駒及びＮＣ吸引パットをルーフパネルに対向させ、マテハンロボットによって、ルーフパネルにルーフリンフォースを対向させる技術が開示されている。そして、形状の異なる複数種類のルーフパネルとルーフリンフォースとの組付を可能にしている。

特開２００９−１８７６９号公報

しかしながら、吸音材等を自動車の室内の天井に貼り付ける作業を、作業者の手作業によって行う場合には、作業者は貼付けの確認をしながら上向き作業を行う必要があり、作業者の負担が大きい。また、この貼付け作業を、産業用ロボットを利用して行う場合には、型枠治具又はローラ治具による押付位置が、産業用ロボットの移動先端部から離れるほど、大きな可搬質量の産業用ロボットが必要になり、設備が大型化する。

また、型枠治具を用いる場合には、型枠治具の全体を同時に吸音材に当接させるために、大きな出力を有するアクチュエータが必要になる。また、ローラ治具を用いる場合には、ローラ治具を吸音材に順次当接させるために、大きなストロークを有するアクチュエータが必要になる。なお、特許文献１においても、動力源としてのアクチュエータを小型化する工夫はなく、設備を小型化する工夫もない。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、動力源としてのアクチュエータを小型化することができるとともに、設備を小型化することができる押付治具を提供しようとして得られたものである。

本発明の一態様は、ベース部材と、
該ベース部材に取り付けられ、長尺状に伸びる押付面を有し、該押付面が平面状になる平面状態と、上記押付面が曲面状になる曲面状態とを形成可能な押付部材と、
上記ベース部材に一端が取り付けられ、上記押付部材における先端側部位に他端が取り付けられた弾性変形可能な弾性部材と、
該弾性部材に一端が回動可能に取り付けられ、上記押付部材に他端が移動可能に接触する回動リンクと、
該回動リンクに一端が回動可能に取り付けられ、上記ベース部材に他端が回動可能に取り付けられた複動可能なアクチュエータと、を備え、
該アクチュエータによる力が、上記回動リンク及び上記弾性部材を介して、上記曲面状態から上記平面状態に変化する過程の上記押付部材に伝達される、押付治具にある。

上記押付治具は、平面状態と曲面状態とを形成可能な押付部材、並びにアクチュエータの動作を受けて押付部材に力を伝達できる回動リンク及び弾性部材を備える。そして、アクチュエータによる力を、回動リンク及び弾性部材を介して、曲面状態から平面状態に変化する過程の押付部材に適切に伝達することができる。また、弾性部材による剛性を利用して、押付部材を支えることができる。そのため、出力及びストロークが小さなアクチュエータを用いる場合でも、押付部材の押付面が、押付対象物の曲面に倣って押付対象物に適切な力で押し付けられる。また、押付治具は、曲面形状が異なる種々の押付対象物に対しても柔軟に対応することができ、種々の押付対象物の曲面に倣って、押付部材の押付面を押し付けることができる。

さらに、アクチュエータによる力を押付部材に適切に伝達できることにより、押付治具を産業用ロボットの移動先端部に取り付けて使用する場合には、可搬質量の小さな産業用ロボットを用いることができる。そのため、押付治具が装着される設備を小型化することができる。
それ故、動力源としてのアクチュエータを小型化することができるとともに、設備を小型化することができる押付治具を提供することができる。

上記曲面状態は、連続的な曲面だけでなく、断続的な平面によって形成される曲面であってもよい。また、曲面状態は、全体が曲面である必要はなく、部分的な平面と部分的な曲面とが合わさった状態であってもよい。

実施形態にかかる、押付治具を示す斜視図。実施形態にかかる、押付部材が平面状態にある押付治具を示す説明図。実施形態にかかる、押付部材が曲面状態にある押付治具を示す説明図。実施形態にかかる、押付部材が押付対象物を押さえ付ける状態にある押付治具を示す説明図。実施形態にかかる、産業用ロボットが、貼付ワークが載置された押付治具を移動させる状態を示す説明図。実施形態にかかる、産業用ロボットが、貼付ワークが載置された押付治具を押付対象物に対向させる状態を示す説明図。実施形態にかかる、産業用ロボットが、押付治具における貼付ワークを押付対象物に貼り付ける状態を示す説明図。

上述した押付治具にかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
押付治具１は、図１に示すように、ベース部材２、押付部材３、弾性部材としての板バネ４、回動リンク５、及びアクチュエータとしてのシリンダー６を備える。押付部材３は、ベース部材２に一端が取り付けられており、長尺状に伸びる押付面３０１を有する。押付部材３は、図２に示すように、押付面３０１が長尺方向Ｌに沿って平面状になる平面状態Ｘ１と、図３に示すように、押付面３０１が長尺方向Ｌに沿って曲面状になる曲面状態Ｘ２とを形成可能である。板バネ４は、弾性変形可能な帯状の鋼材によって構成されている。板バネ４の一端は、ベース部材２に取り付けられており、板バネ４の他端は、押付部材３における先端側部位に取り付けられている。

図１に示すように、回動リンク５は、板バネ４に一端が回動可能に取り付けられており、押付部材３に他端が移動可能に接触している。シリンダー６は、複動可能であり、回動リンク５に一端が回動可能に取り付けられており、ベース部材２に他端が回動可能に取り付けられている。押付治具１は、図４に示すように、シリンダー６による力が、回動リンク５及び板バネ４を介して、曲面状態Ｘ２から平面状態Ｘ１に変化する過程の押付部材３に伝達されるよう構成されている。また、押付治具１は、図６、図７に示すように、シリンダー６の動作を受けて、押付部材３が曲面状態Ｘ２から平面状態Ｘ１に変化する過程において、板バネ４の剛性を利用して、押付部材３の押付面３０１が、押付対象物８の曲面に倣って押付対象物８に押し付けられるよう構成されている。

以下、本形態の押付治具１について詳説する。
図５〜図７に示すように、押付治具１は、産業用ロボット７における、三次元に位置及び姿勢を変更可能な移動先端部７１に取り付けられて使用される。また、押付治具１は、押付対象物８としての車体の室内の天井に、貼付ワーク８１としての吸音材を貼り付けるために用いられる。貼付ワーク８１の裏面（上面）には、両面テープが設けられ、貼付ワーク８１は、この両面テープによって天井に貼り付けられる。

車体の天井は、車幅方向に向けて曲面状に形成されている。車体の天井の曲面は、車幅方向の外側に近づくほど曲率半径が小さくなる曲面に形成されている。押付部材３は、この曲面状の天井に、曲面状態Ｘ２から平面状態Ｘ１に変化する過程において押し付けられる。
車体は、バス、ワンボックス、ミニバン等の車体とすることができ、産業用ロボット７の移動先端部７１及び押付治具１は、車体の左右の側方における窓部８２を介して、車体の室内に配置される。産業用ロボット７は、サーボモータによって駆動される多関節ロボットであり、可動範囲を広げるための助長軸を有するものである。

図１に示すように、押付治具１は、産業用ロボット７の移動先端部７１に取り付けられるフレーム部材１１に対して、ベース部材２を介して横に２つ並んで取り付けられている。２つの押付治具１は、同様の構成を有しており、同じタイミングで動作するシリンダー６によって、押付部材３の平面状態Ｘ１と曲面状態Ｘ２とを形成可能である。
シリンダー６は、シリンダー本体６１に対してシリンダーロッド６２を複動可能な電動シリンダーである。シリンダー６は、押付部材３が伸びる長尺方向Ｌに近い横方向に向けて配置されている。産業用ロボット７及びシリンダー６の動作は、制御装置からの指令によって行われる。産業用ロボット７の移動先端部７１の位置及び姿勢の制御、並びにシリンダー６の動作の制御は、作業者による教示作業によって構築された教示プログラムに基づいて行われる。

図２に示すように、押付部材３は、連結軸３２を介して長尺方向Ｌに複数連なるキャタピラ部品３１によって構成されている。押付部材３の押付面３０１は、各キャタピラ部品３１の上面によって形成されている。キャタピラ部品３１同士が対向する端面には、キャタピラ部品３１同士の相対的な許容回動角度θが設定された傾斜対向面３３が形成されている。許容回動角度θは、互いに隣接するキャタピラ部品３１同士が相対的に回動することができる角度の範囲を定める。
押付部材３を複数のキャタピラ部品３１によって構成することにより、押付部材３の曲面状態Ｘ２を容易に形成することができる。なお、押付部材３は、変形量（たわみ量）が規制された、可撓性を有する部材によって構成することもできる。

キャタピラ部品３１の連結数が多くなるほど、キャタピラ部品３１全体の許容傾斜角度が大きくなる。そのため、キャタピラ部品３１同士の間に設定される許容回動角度θは、キャタピラ部品３１の連結数が多くなるほど小さく設定することができる。許容回動角度θは、例えば、０．２〜２°の範囲内において設定することができる。

図２に示すように、押付部材３の平面状態Ｘ１においては、複数のキャタピラ部品３１は水平方向に直線状に並ぶ。キャタピラ部品３１同士は、傾斜対向面３３同士が接触することにより、水平方向よりも上方へは回動できなくなっている。押付部材３の曲面状態Ｘ２においては、複数のキャタピラ部品３１における先端側部位に位置するものが水平方向から下方へ垂れ下がる状態になる。そして、キャタピラ部品３１同士は、傾斜対向面３３同士が接触することにより、水平方向に直線状に並ぶ状態から、許容回動角度θを超えては下方へ回動することができなくなっている。
複数のキャタピラ部品３１による押付面３０１には、貼付ワーク８１としての吸音材を載置可能である。

押付部材３の先端側部位（複数のキャタピラ部品３１のうちの先端側に位置する１つ又は複数のキャタピラ部品３１）には、永久磁石等の磁石を配置することができる。この場合には、押付対象物８に押付部材３が押し付けられるときに、押付部材３の先端側部位を、金属部材を含む押付対象物８に吸着させることができ、押付部材３による押付力を大きくすることができる。

図２、図３に示すように、板バネ４は、押付部材３の長尺方向Ｌに倣うように伸びており、板バネ４の表面は、押付部材３における、押付面３０１とは反対側の裏面３０２に対向している。板バネ４の一端は、ベース部材２に取り付けられており、板バネ４の他端は、複数のキャタピラ部品３１のうちの先端側部位に位置するキャタピラ部品３１に回動可能に取り付けられている。本形態における板バネ４の他端は、先端側から２つ目に位置するキャタピラ部品３１に回動可能に取り付けられている。

板バネ４の中間部位には、回動リンク５を回動可能に取り付けるための取付用部品４１が設けられている。板バネ４は、キャタピラ部品３１に回動可能に取り付けられた支持部品４２Ａと取付用部品４１との間に掛け渡され、ベース部材２に回動可能に取り付けられた支持部品４２Ｂと取付用部品４１との間に掛け渡されている。ベース部材２に対する支持部品４２Ｂの取付位置は調整可能であり、支持部品４２Ｂの取付位置を調整して、板バネ４に作用する弾性力を調整することができる。
弾性部材として板バネ４を用いることにより、シリンダー６の推力を押付部材３に効果的に伝達することができる。また、板バネ４を用いることにより、押付対象物８から押付部材３に作用する反力を効果的に受けることができる。

シリンダー６の動作を受けて回動リンク５が押付部材３に接触しながら回動するときには、シリンダー６の推力が回動リンク５を介して板バネ４に伝達される。
回動リンク５の一端は、取付用部品４１に回動可能に取り付けられている。回動リンク５の他端には、キャタピラ部品３１の裏面３０２に転がり接触するローラ５１が設けられている。また、回動リンク５における中間部位には、シリンダー６の一端が回動可能に取り付けられている。ローラ５１を用いることにより、押付部材３の裏面３０２に接触する回動リンク５の接触抵抗を低減させることができる。

図１、図２に示すように、押付治具１は、シリンダー６のシリンダーロッド６２が出位置にあるときに、複数のキャタピラ部品３１が水平方向に並んで、押付部材３の平面状態Ｘ１を形成する。この押付部材３の平面状態Ｘ１は、複数のキャタピラ部品３１による押付面３０１に、貼付ワーク８１としての吸音材を載置可能な状態として形成される。押付部材３の平面状態Ｘ１においては、シリンダー６の推力を受けた回動リンク５によって板バネ４に張力が与えられ、回動リンク５及び板バネ４によって押付部材３が支えられる。図５に示すように、産業用ロボット７は、平面状態Ｘ１にある押付部材３の押付面３０１に貼付ワーク８１が載置された状態で、移動先端部７１に取り付けられた押付治具１を移動させる。

図３に示すように、押付治具１は、シリンダー６のシリンダーロッド６２が戻位置にあるときに、複数のキャタピラ部品３１における先端側部位に位置するキャタピラ部品３１が下方へ垂れ下がり、押付部材３の曲面状態Ｘ２を形成する。この押付部材３の曲面状態Ｘ２は、押付対象物８に押付部材３を押し付ける前（押付対象物８に貼付ワーク８１を貼り付ける前）の押付治具１の初期位置として形成される。押付部材３の曲面状態Ｘ２においては、板バネ４に作用する張力が緩み、板バネ４が波を打つ（又は曲がる）状態になり、板バネ４によって支えられない押付部材３の先端側部位が下方に垂れ下がる。図６に示すように、産業用ロボット７によって、押付治具１が押付対象物８の下方に配置されたときには、押付部材３の曲面状態Ｘ２が形成される。

図７に示すように、押付治具１は、シリンダー６による推力を受けて押付部材３が曲面状態Ｘ２から平面状態Ｘ１に変化するときに、押付部材３の押付面３０１が押付対象物８に押し付けられ、押付面３０１に載置された貼付ワーク８１が押付対象物８に貼り付けられるよう構成されている。そして、押付対象物８への押付部材３の押付けがされるときには、回動リンク５によって押付部材３と板バネ４との間隔が広げられ、シリンダー６による推力が、複数のキャタピラ部品３１の押付面３０１に分散して伝達される。また、この押付けがされるときには、シリンダー６の動作を受けて回動リンク５が回動するときに、ローラ５１が押付部材３におけるキャタピラ部品３１の裏面３０２に転がり接触する。

次に、押付治具１を用いて、押付対象物８としての車体の天井に、貼付ワーク８１としての吸音材を貼り付ける方法について説明する。
図５に示すように、車体の外部において、押付治具１における、平面状態Ｘ１にある押付部材３の押付面３０１に貼付ワーク８１が載置される。このとき、シリンダー６のシリンダーロッド６２が出位置にあり、シリンダー６の推力が回動リンク５及び板バネ４を介して押付部材３の複数のキャタピラ部品３１に伝達される。貼付ワーク８１は、車体の天井における車幅方向の半分の大きさであって、車体の天井における車長方向に複数に分けた大きさに形成されている。

次いで、図６に示すように、産業用ロボット７の移動先端部７１の移動によって、押付治具１が車体の側方の窓部８２を介して車体の室内に挿入される。そして、車体の天井における車幅方向の右側又は左側の下方に押付治具１が配置されたときには、シリンダー６のシリンダーロッド６２が戻位置に変化し、押付部材３が曲面状態Ｘ２に変化する。そして、車体の天井の下方に、押付治具１の押付部材３に載置された貼付ワーク８１が対向して配置される。

次いで、図４、図７に示すように、シリンダー６のシリンダーロッド６２が戻位置から出位置に変化する過程において、シリンダー６によって押される回動リンク５は、板バネ４の取付用部品４１に取り付けられた一端を中心に、押付部材３の先端側へ回動を始める。そして、キャタピラ部品３１の裏面３０２に接触する、回動リンク５の他端におけるローラ５１が、キャタピラ部品３１の裏面３０２を転がりながら、押付部材３の先端側へ移動する。

こうして、シリンダー６の推力が回動リンク５を介して板バネ４に伝達され、板バネ４によって押されて、押付部材３の先端側部位（先端側に位置するキャタピラ部品３１）が上方へ移動し、押付部材３が曲面状態Ｘ２から平面状態Ｘ１へと変化していく。また、押付部材３の先端側部位が上方へ移動する過程において、貼付ワーク８１が車体の天井に押し付けられる。このとき、シリンダー６の推力が板バネ４を介して押付部材３に伝達されることにより、シリンダー６の推力を、複数のキャタピラ部品３１にできるだけ均等に分散させて伝達することができる。

本形態の押付治具１においては、シリンダー６による推力を、回動リンク５及び板バネ４を介して押付部材３に適切に伝達することができる。また、板バネ４による張力及び剛性を利用して、押付部材３を支えることができる。そのため、出力及びストロークが小さなシリンダー６を用いる場合でも、押付部材３の押付面３０１が、押付対象物８の曲面に倣って押付対象物８に適切な力で押し付けられる。また、押付治具１は、曲面形状が異なる種々の押付対象物８に対しても柔軟に対応することができ、種々の押付対象物８の曲面に倣って、押付部材３の押付面３０１を押し付けることができる。

さらに、シリンダー６による推力を押付部材３に適切に伝達できることにより、押付治具１を移動させるために、可搬質量の小さな産業用ロボット７を用いることができる。そのため、押付治具１を装着する設備の小型化を図ることができる。
それ故、本形態の押付治具１によれば、動力源としてのシリンダー６を小型化することができるとともに、押付治具１が装着される設備を小型化することができる。
なお、本発明は、実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。

１押付治具
２ベース部材
３押付部材
３０１押付面
３１キャタピラ部品
３２連結軸
３３傾斜対向面
４板バネ（弾性部材）
５回動リンク
５１ローラ
６シリンダー（アクチュエータ）
７産業用ロボット
７１移動先端部
８押付対象物（車体）
８１貼付ワーク（吸音材）

Claims

ベース部材と、
該ベース部材に取り付けられ、長尺状に伸びる押付面を有し、該押付面が平面状になる平面状態と、上記押付面が曲面状になる曲面状態とを形成可能な押付部材と、
上記ベース部材に一端が取り付けられ、上記押付部材における先端側部位に他端が取り付けられた弾性変形可能な弾性部材と、
該弾性部材に一端が回動可能に取り付けられ、上記押付部材に他端が移動可能に接触する回動リンクと、
該回動リンクに一端が回動可能に取り付けられ、上記ベース部材に他端が回動可能に取り付けられた複動可能なアクチュエータと、を備え、
該アクチュエータによる力が、上記回動リンク及び上記弾性部材を介して、上記曲面状態から上記平面状態に変化する過程の上記押付部材に伝達される、押付治具。
上記押付部材は、連結軸を介して長尺状に複数連なるキャタピラ部品によって構成されており、
該キャタピラ部品同士が対向する端面には、該キャタピラ部品同士の相対的な許容回動角度が設定された傾斜対向面が形成されている、請求項１に記載の押付治具。
上記弾性部材は、帯状の板バネによって構成されており、
該板バネの表面は、上記押付部材に対向しており、
上記アクチュエータの動作を受けて上記回動リンクが上記押付部材に接触しながら回動するときに、上記アクチュエータの力が上記回動リンクを介して上記板バネに伝達される、請求項１又は２に記載の押付治具。
上記回動リンクには、上記押付部材の上記押付面とは反対側の裏面に転がり接触するローラが設けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の押付治具。
上記押付部材の上記押付面は、押付対象物に貼り付けられる貼付ワークを載置可能であり、
上記アクチュエータによる力を受けて上記押付部材が上記曲面状態から上記平面状態に変化するときに、上記押付部材の上記押付面が上記押付対象物に押し付けられ、上記押付面に載置された上記貼付ワークが上記押付対象物に貼り付けられるよう構成された、請求項１〜４のいずれか一項に記載の押付治具。