JP5064534B2 - ハンド装置及び多関節ロボット - Google Patents

Description

本発明は、ダイキャストシリンダブロックにおけるライナーのインサート成形に用いられるハンド装置と、そのハンド装置を用いた多関節ロボットとに関する。

従来からアルミ等のダイキャスト成形によってエンジンのシリンダブロックを成形する場合、可変ダイスに設けられた円柱状の複数のシリンダ中子に複数の円筒状のスリーブ（ライナー）を外挿した状態で成形するインサート成形方法を採用することが多く、かかるインサート成形方法においては、各シリンダ中子へのライナーの外挿作業には、各シリンダに対応したピッチでライナーを把持するチャックユニットを並設したハンド装置が用いられている（特許文献１）。このハンド装置を多関節ロボットのアームに装着して、シリンダ中子へのライナーの外挿を行うようになっている。

特許第３４０５４３５号公報

しかしながら、このような作業ロボット用ハンド装置においては、製造工程に於いてシリンダ中子の径に応じたライナー径に変更する場合、設備の段替え作業や段替え交換後の調整を行う必要があり、時間や手間が掛かっていた。

そこで、本発明は、ライナー径を変更しても、設備の段替え作業や段替え交換後の調整等を必要とすることなく簡単に変更できるハンド装置及び多関節ロボットを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明の構成は、ハンド本体に、筒状のライナーを挿入保持可能なチャックユニットを、所定のピッチで複数並設し、
前記チャックユニットに、前記ライナーの挿入保持位置に対して前記ライナーの半径方向へ移動可能で、前記ライナー中心側への移動によって前記ライナーの端部を外側からクランプする複数のスライド体を設けて、前記スライド体における前記ライナーの端部との当接部位を、前記ライナーの端部外周面に当接する第一の当接部と、前記ライナーの軸方向の端面に当接する第二の当接部とからなる段部形状としたハンド装置であって、
前記スライド体の前記当接部位に、前記ライナーの軸心と平行な突起を突設し、その突起における前記ライナーのクランプ側の端面に、当該端面よりも小径の円形凸部を突設して、前記円形凸部の外周面が前記第一の当接部、前記突起の前記端面が前記第二の当接部となる段部形状を形成する一方、
一対の前記スライド体を前記ライナーの直径方向で対向配置して、各前記スライド体の前記突起を前記ライナーの接続方向に一対並設したことにある。

請求項２に記載された発明の構成は、アームの先端に、請求項１に記載のハンド装置を装着してなる多関節ロボットとしたことにある。

請求項１及び２に記載の発明によれば、ライナー外径を変更しても、設備の段替え作業や段替え交換後の調整等を必要とすることなく簡単に変更できる。よって、製造工程の停止が短時間済み、即座に復旧させることが可能である。また、構造がシンプルであることから、取付も容易である。他にも、ライナーのクランプ状態でスライド体がライナーの内径側へはみ出さないため、ライナーをシリンダ中子に挿入する際にスライド体がシリンダ中子と干渉することがない。

他にも、請求項１に記載の発明によれば、円形凸部の採用により、ライナーの径が変わってもその外周面を確実にクランプでき、クランプの信頼性が高まる。

ハンド装置の全体構成を示す説明図である。 ハンド装置のスライド機構及び位置決め機構を示す説明図である。 チャックユニットの全体構成を示す説明図である。 チャックユニットを示す説明図である。 ライナーをシリンダ中子へ挿入する工程を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

まず初めに、本発明のハンド装置１は、図１に示すように、ハンド本体２の側面に、筒状のライナー５をそれぞれ挿入保持可能な複数（ここでは４つ）のチャックユニット３１を、左右方向（図１の右下から左上方向）へ直線上に並設している。また、ハンド本体２の側面には、各チャックユニット３１を左右方向へ直線移動可能に設けるスライド機構１０と、チャックユニット３１を所定の位置に位置決めする位置決め機構１５とが設けられている。このハンド装置１は、互いの装着部２０，２１を介して多関節ロボット４のアーム３の先端に装着されるものである。位置決め機構１５とスライド機構１０とは、車種毎のシリンダ、すなわちライナー５のピッチの違いに対応するため、チャックユニット３１のライナーインサートハンド３９間のピッチを８０〜１００ｍｍの範囲で任意の位置に可変する機構である。

このうち、スライド機構１０は、図２に示すように、ハンド本体２の側面の上下において平行に配される一対のレール１１と、各レール１１に沿って左右に移動可能とする４つのスライダ１２，１２・・とで構成される。この上下のレール１１，１１間で上下で対になるスライダ１２，１２（図２では対になるスライダ１２にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの符号を付して区別している。以下、他の構成部についても区別する際にはＡ，Ｂ・・の符号を付す。）間にそれぞれジョイントプレート３０Ａ〜Ｄが架設されて、各ジョイントプレート３０Ａ〜Ｄにチャックユニット３１Ａ〜Ｄが配置されている。

次に、位置決め機構１５は、レール１１，１１間でハンド本体２の側面においてレール１１と平行に支持される一対のボールネジ１７，１７を備える。各ボールネジ１７は、左右方向の中心を境にして互いに逆向きとなるネジ部１６Ａ，１６Ｂを有し、このネジ部１６Ａ，１６Ｂにそれぞれ一対のナット部１８，１８を螺合させている。ここでは上側のボールネジ１７Ｂのナット部１８Ｂ，１８Ｃが、中心側のスライダ１２Ｂ，１２Ｃに上下方向で並んでそれぞれ内側のジョイントプレート３０Ｂ，３０Ｃに連結され、下側のボールネジ１７Ａのナット部１８Ａ，１８Ｄが、外側のスライダ１２Ａ，１２Ｄに上下方向で並んでそれぞれ外側のジョイントプレート３０Ａ，３０Ｄに連結されている。

ここで、アーム３の先端に設けられる連結板２２には、ハンド装置１の装着状態で出力軸が下側のボールネジ１７Ａに対峙するモータ２３が設けられて、モータ２３の出力軸とボールネジ１７Ａの端部とには、ハンド装置１の装着状態で互いに連結する連結部２４，２５が設けられて、出力軸の回転をボールネジ１７Ａに伝達可能としている。

一方、ボールネジ１７Ａ，１７Ｂにおける連結板２２と反対側の端部には、それぞれプーリ２６，２８が一体に設けられて、両プーリ２６，２８間にベルト２７が張設されている。このプーリ２６，２８は、ここでは変速比が１：３となるように設定されている。

そして、チャックユニット３１は、図３に示すように、ジョイントプレート３０の前面に取り付けられる上下方向のベース３８と、ベース３８の前方で平行に配置される上下方向のベースプレート３２と、ベースプレート３２の前面で上下対称に設けられる一対のスライドテーブル３３，３３と、各スライドテーブル３３の前面で図示しないエアシリンダによって上下方向へスライド可能に設けられるスライドプレート３４とを備える。
また、ベース３８の上下方向の中央には、シリンダ中子へ挿入し、位置決めを行うライナーインサートハンド３９が突設され、ベースプレート３２は、ハンド本体２との間に設けられたシリンダ３７によって前後へ移動可能となっている。また、ベースプレート３２の後面上下には、ベース３８にガイドされるガイドシャフト３６，３６が設けられている。このスライドプレート３２が、本発明のスライド体である。

このうち、ライナーインサートハンド３９は、ベースプレート３２の後退に伴ってベースプレート３２の中央を貫通して相対的に前方へ突出可能となっている。各チャックユニット３１において上下で対向するスライドプレート３４，３４の互いの端部には、先端凸部がライナー５周縁に当接し、ライナー５を挟持する一対のクランプ３５，３５が前方へ突設されている。このクランプ３５は、横断面正方形の突起で、前面には、横断面形状よりも小径となる円形凸部３５ａが突設されている。この円形凸部３５ａにより、クランプ３５の先端に段部形状が形成される。

なお、ライナーインサートハンド３９は、特許第３４０５４３５号に記載されているように、軸心から外周方向に向かって突設されたプッシュロッド４０，４０・・が長手方向に所定の間隔で複数設けられ、エアーを供給することにより突出し、スリーブ（ライナー）を内側から押圧して把持するものである。そして、ライナーを把持した状態から断面コの字形状の先端がシリンダ中子の内部に嵌合される位置まで挿入され、シリンダ中子の軸心とライナーの軸心とを一致させる。

次に、ピッチの変更について説明する。
まず、ハンド置き台にセットされたハンド装置１に対して、多関節ロボット４のアーム３が動作して装着部２０，２１間を連結させる。この連結と同時に、連結部２４，２５同士が嵌合してモータ２３の出力軸とボールネジ１７Ａとが連結される。なお、ハンド装置１の定置状態では、ハンド本体２に設けた図示しないエアシリンダのピストンが突出し、ピストン先端に設けたロックピンが一のライナーインサートハンド３９の後面に嵌合して各チャックユニット３１のスライド、すなわちボールネジ１７Ａ，Ｂの回転をロックしている。モータ２３の出力軸とボールネジ１７Ａとの連結後、ピストンが後退してロックピンによるロックが解除される。

こうしてアーム３にハンド装置１が装着された状態で、モータ２３が駆動することによって、モータ２３の出力軸に取り付けられた連結部２４から、この連結部２４に嵌合する連結部２５へと動力が伝達される。そして、連結部２５に取り付けられたフレキシブルカップリング５４で偏心調整を行うとともに、回転力をボールネジ１７Ａへと伝達する。

ボールネジ１７Ａの回転に従い、プーリ２６が回転することでプーリ２８もこれに従って回転し、ボールネジ１７Ｂを回転させる。
この時、ボールネジ１７Ａのネジ部１６Ａ，１６Ｂに螺合させた一対のナット部１８Ａ，１８Ｄは、ボールネジ１７Ａが回転することにより、相反方向へ直線移動することから、ジョイントプレート３０Ａ，３０Ｄを介して取り付けられたチャックユニット３１Ａ，３１Ｄも相反方向へ直線移動する。一方、ボールネジ１７Ｂのネジ部１６Ａ，１６Ｂに螺合させた一対のナット部１８Ｂ，１８Ｃも、ボールネジ１７Ｂが回転することにより、相反方向へ直線移動することから、ジョイントプレート３０Ｂ，３０Ｃを介して取り付けられたチャックユニット３１Ｂ，３１Ｃも相反方向へ直線移動する。

但し、ボールネジ１７Ａ，Ｂの回転速度は、プーリ２６，２８間の変速比によって１：３に設定されているため、内側のチャックユニット３１Ｂ，３１Ｃの移動距離に対して、外側のチャックユニット３１Ａ，３１Ｄは３倍の距離で同時にスライドする。よって、各チャックユニット３１は、均等なピッチで相反方向へ直線移動することが可能となる。

次に、ライナー５を挟持し、シリンダ中子へ外挿する工程について説明する。
まず初めに、アーム３にハンド装置１を装着した多関節ロボット４が、ライナー５，５・・の並べられた位置までアーム３を移動させる。そして、図５（ａ）に示すように、シリンダ３７を収縮させてチャックユニット３１から突出したライナーインサートハンド３９を、ライナー５の周縁部が位置決め部材４１，４１・・に当接する位置まで挿入する。この時、ライナーインサートハンド３９内に空気が供給され、プッシュロッド４０，４０・・が突出することでライナー５内周面を押圧する。

そして、図５（ｂ）に示すように、ベースプレート３２上で上下に取り付けられたスライドプレート３４，３４が、ライナー５に向かって同時に前進する。すると、各スライドプレート３４上に取り付けられたクランプ３５，３５の円形凸部３５ａの外周面（第一の当接部）が、ライナー５の外周縁に当接することで上下からライナー５周縁を挟持し、クランプ３５の端面にライナー５の軸方向の端面（第二の当接部）が当接する。
このように、チャックユニット３１では、スライドプレート３４，３４がライナー５に向かって同時にスライドすることから、外径の異なるライナーに変更した場合であっても、予め定めたライナーの挟持位置を変えることなく、外径の違いをスライド量で調整するため、このスライドの範囲内に収まるものであれば挟持可能である。

次に、ハンド装置１のシリンダ中子の位置まで移動させてライナー５をシリンダ中子の前方に位置決めした後、ライナーインサートハンド３９内部のエアーを排気すると、ライナー５内周面がプッシュロッド４０，４０・・の押圧から解放される。そして、図５（ｃ）に示すように、ライナー５をクランプ３５，３５・・で挟持した状態てシリンダ３７を伸長させると、ライナーインサートハンド３９を残してベースプレート３２が前進し、クランプ３５が把持するライナー５を前進させる。よって、ライナー５はシリンダ中子に外挿される。このとき、ライナー５の端部ではクランプ３５の円形凸部３５ａが外周面に当接してクランプ３５は軸心側へ突出しないので、クランプ３５がシリンダ中子と干渉することはない。
こうしてライナー５が外挿された後、上下に取り付けられたスライドプレート３４，３４は原点へと後退し、ライナー５を挟持した状態から解放した後、アーム３はシリンダ中子の挿入位置から新たなライナー５，５・・の並べられた位置まで移動する。

次に、シリンダ３７が、図５（ｄ）に示す状態まで縮み、ライナーインサートハンド３９がベースプレート３２より前方へと突出する。そして、図５（ａ）に示す状態で、ライナーインサートハンド３９を、新たなライナー５周縁が位置決め部材４１，４１・・に当接する位置まで挿入した後、プッシュロッド４０，４０・・が突出することで新たなライナー５内周面を押圧する。

以上のように、本発明のハンド装置１は、ハンド本体２に、筒状のライナー５を挿入保持可能なチャックユニット３１を、所定のピッチで複数並設したハンド装置であって、チャックユニット３１に、ライナー５の挿入保持位置に対してライナー５の半径方向へ移動可能で、ライナー中心側への移動によってライナー５の端部を外側からクランプする複数のスライドプレート３４を設けて、このスライドプレート３４におけるライナー５の端部との当接部位を、ライナー５の端部外周面に当接するクランプ３５と、ライナー５の軸方向の端面に当接する円形凸部３５ａとからなる段部形状としたことにある。
その結果、ライナー外径を変更しても、設備の段替え作業や段替え交換後の調整等を必要とすることなく簡単に変更できる。よって、製造工程の停止が短時間済み、即座に復旧させることが可能である。また、構造がシンプルであることから、取付も容易である。他にも、ライナーのクランプ状態でスライドプレート３４がライナー５の内径側へはみ出さないため、ライナー５をシリンダ中子に挿入する際にスライドプレート３４がシリンダ中子と干渉することがない。

そして、スライドプレート３４の当接部位に、ライナー５の軸心と平行なクランプ３５を突設し、そのクランプ３５におけるライナー５のクランプ側の端面に、端面よりも小径の円形凸部３５ａを突設して、この円形凸部３５ａの外周面が第一の当接部、クランプ３５の端面が第二の当接部となる段部形状を形成したことにある。
その結果、円形凸部３５ａの採用により、ライナー５の径が変わってもその外周面を確実にクランプできる。

他にも、一対のスライドプレート３４，３４をライナー５の直径方向で対向配置して、各延期スライドプレート３４のクランプ３５をライナー５の接続方向に一対並設したことにある。
その結果、クランプの信頼性が高まる。

また、アーム３の先端に、ハンド装置１を装着してなる多関節ロボット４としたことにある。
その結果、設備の段替え作業や調整を行う必要が無いことから、ライナー外径を変更した場合であっても、設備の段替え作業や段替え交換後の調整が不要であるため、製造工程の停止が短時間済み、即座に復旧させることが可能である。また、構造がシンプルであることから、取付が容易であることに加え、段替え作業が不要なため、部品点数が少なく、安価に製作することを可能とし、コスト削減に貢献する。

なお、本発明のハンド装置１及び多関節ロボット４の構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、ピッチを変更した場合であっても設備の段替え作業や段替え交換後の調整を不要とし、製造工程の停止を短時間で復旧させることを可能とするものであれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で必要に応じて適宜変更することができる。
例えば、チャックユニット３１は、スライドテーブル３３の他にもスライドプレート３４上に取り付けられたクランプ３５，３５の先端凸部が、ライナー５周縁に上下から同時に当接し、予め定めた位置でライナー５周縁を挟持するものであればモータを使用する等、適宜変更可能である。

また、ライナー５の挟持は、必ずしもクランプ５，５の円形凸部で周縁を挟持するものである必要はなく、クランプ３５がライナー５内径へとはみ出すことを防止するとともに、ライナーインサートハンド３９がライナー５から引き抜かれた後も、予め定められた位置でライナー５周縁を挟持するものであれば適宜変更可能である。
更に、上記形態ではチャックユニットを４つ備えたハンド装置で説明しているが、シリンダブロックの形態（シリンダの数）に応じて適宜増減可能である。この場合、増減したチャックユニットに応じて変速比を変えればよい。勿論変速伝達手段としてはプーリとベルトに限らず、ギヤやローラも採用できる。

１・・ハンド装置、２・・ハンド本体、３・・アーム、４・・多関節ロボット、５・・ライナー、１０・・スライド機構、１１・・レール、１２・・スライダ、１５・・位置決め機構、１６・・ネジ部、１７・・ボールネジ、１８・・ナット部、２３・・モータ、２４，２５・・連結部、２６・・プーリ、２７・・ベルト、２８・・プーリ、３０・・ジョイントプレート、３１・・チャックユニット、３２・・ベースプレート、３３・・スライドテーブル、３４・・スライドプレート、３５・・クランプ、３５ａ・・円形凸部、３６・・ガイドシャフト、３７・・シリンダ、３８・・ベース、３９・・ライナーインサートハンド、４０・・プッシュロッド、４１・・位置決め部材、５４・・フレキシブルカップリング。

Claims (2)

1. ハンド本体に、筒状のライナーを挿入保持可能なチャックユニットを、所定のピッチで複数並設し、
   前記チャックユニットに、前記ライナーの挿入保持位置に対して前記ライナーの半径方向へ移動可能で、前記ライナー中心側への移動によって前記ライナーの端部を外側からクランプする複数のスライド体を設けて、前記スライド体における前記ライナーの端部との当接部位を、前記ライナーの端部外周面に当接する第一の当接部と、前記ライナーの軸方向の端面に当接する第二の当接部とからなる段部形状としたハンド装置であって、
   前記スライド体の前記当接部位に、前記ライナーの軸心と平行な突起を突設し、その突起における前記ライナーのクランプ側の端面に、当該端面よりも小径の円形凸部を突設して、前記円形凸部の外周面が前記第一の当接部、前記突起の前記端面が前記第二の当接部となる段部形状を形成する一方、
   一対の前記スライド体を前記ライナーの直径方向で対向配置して、各前記スライド体の前記突起を前記ライナーの接続方向に一対並設したことを特徴とするハンド装置。
2. アームの先端に、請求項１に記載のハンド装置を装着してなる多関節ロボット。

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