JP6184202B2 - 芯出し装置及び芯出し方法 - Google Patents

Description

本発明は、環状ワークを前記環状ワークの内周側および外周側から芯出しする芯出し装置および芯出し方法に関する。

近年の産業用ロボットの普及により、従来人手でおこなってきた組立作業をロボットにより実現する組立装置が求められている。

その装置の一例として、多関節ロボットに把持機構を有するロボットハンドを取り付けた装置を用いて、トレイ等で供給された環状ワークを把持、搬送し、所定の組立位置で組立てるという組立システムが知られている。

一般に、マニュピレータ等のロボットを用いて環状ワークを組立てる作業にあたっては、前記組立位置にベースとなる環状ワークを芯出し手段によって高精度に芯出しをし、前記供給された環状ワークをロボットで前記ベースとなる環状ワークへ高精度に組付けをおこなうことがある。

環状ワークの芯出し方法としては、特許文献１に示すような三本のフィンガ部が放射状に移動し、環状ワークを内周側または外周側から芯出しすることのできる三つ爪チャックがよく用いられる。

特許文献２に示す三つ爪チャックのフィンガ部の形状は、環状ワークを外周側から把持する第１の爪と内周側から支持する第２の爪を有し、環状ワークを挟み込む形で構成されている。第１または第２の爪が可動爪となり、固定爪は環状ワークの位相規制のために配備され、可動爪が固定爪に対して離間または接近することにより環状ワークを芯出しをすることができる。

特開平5-305506号公報 特開2007-307633号公報

しかしながら、特許文献１に示す従来技術で、第一、第二、第三のワークを各々芯出しして組立てるためには、三つ爪チャックを十分に閉じた状態で、第一と第二のワークを投入してフィンガ部を開き、内周側から芯出しをして組み立てることが必要である。

次に、第一および第二のワークを一旦取り出し、三つ爪チャックを十分に開いてから再び第一および第二のワークを置き直し、第三のワークを投入してフィンガ部を閉じ、外周側から芯出しをして組み立てる工程を必要とし、タクトが余計にかかってしまう。

また、置き直し工程をおこなうためには、フィンガ部の内外面差寸法と環状ワークの内外径差寸法との和よりも大きなストロークを有する三つ爪チャックが必要となり、環状ワークの内外径差が大きな場合にはストロークの確保が困難となる。

ストロークの確保が困難な際には、内周側から芯出しをする三つ爪チャックと外周側から芯出しをする三つ爪チャックをそれぞれ用意することも考えられるが、装置費用が２機分必要な上、所要する工程数は変わらないため、コストとタクトの面から優位性が失われる。

特許文献２に示す従来技術では、一方の可動爪が他方の固定爪に対して動くものであり、固定爪側ではワークの外周、内周側いずれかの位置規制はできるが、固定爪は動かないため、一方向からの芯出ししかできず、特許文献１と同等の効果しか得られない。

従って、本発明の目的は、過剰なストロークや複数個の芯出し装置を必要とせず、積層された複数の環状ワークの芯出し工程をワークの取出しや置き直し等の工程をおこなうことなく実現することのできる芯出し装置及び芯出し方法を提供することにある。

上述の課題を解決するため、本発明の芯出し装置は、
積層される複数の環状ワークの相対軸心を合わせる芯出し装置であって、
円上に配置され、前記円の中心から放射状に延びる線上を互いに同期して移動する少なくとも３つのフィンガ部を備え、前記フィンガ部はそれぞれ前記環状ワークを外周面側から芯出しする第１の芯出し面と、前記環状ワークを内周面側から芯出しする第２の芯出し面とを、互いの相対位置が一定となるように備え、前記第１の芯出し面及び第２の芯出し面が前記放射状に延びる線上に位置し、かつ、前記第１の芯出し面及び第２の芯出し面が対向していることを特徴としている。

また、上述の課題を解決するため、本発明の芯出し方法は、
円の中心から放射状に延びる線上を互いに同期して移動する少なくとも３つのフィンガ部を備えた芯出し装置を用い、積層された複数の環状ワークの相対軸心を合わせる芯出し方法であって、すべての前記フィンガ部には第１の芯出し面と第２の芯出し面とが互いの相対位置が一定となるように対向して備えられ、
前記すべてのフィンガ部の前記第１の芯出し面と前記第２の芯出し面の間に、第１の環状ワーク及び第２の環状ワークを積層して配置する工程と、
すべての前記フィンガ部を前記芯出し装置の中心軸へ向かう方向へ移動させることで第１の環状ワークと第２の環状ワークとを第１の芯出し面で芯出しする第１の芯出し工程と、
すべての前記フィンガ部を前記芯出し装置の中心軸から離れる方向へ移動させることですべての前記フィンガ部の第１の環状ワーク及び第２の環状ワークへの芯出し状態を解く工程と、
第３の環状ワークを第１の環状ワークまたは第２の環状ワーク上に積層して配置する工程と、
すべての前記フィンガ部を前記芯出し装置の中心軸から離れる方向へ移動させることで第１の環状ワークまたは第２の環状ワークと第３の環状ワークとを第２の芯出し面で芯出しする第２の芯出し工程を有することを特徴としている。

本発明の芯出し装置によれば、それぞれ対向する第１の芯出し面及び第２の芯出し面を用いて環状ワークを芯出しすることにより、環状ワークの内外周両方向から連続して芯出しが行える。

従って、過剰なストロークが必要なく、複数種類の環状ワークの芯出しを１つの芯出し装置で行うことができる。

また、環状ワークを配置することができる座面を設けたことで、環状ワークの取り出し及び置き直しの工程を行うことなく芯出しを行うことができる。

また、水平面と平行な座面を有することで、重力を利用して環状ワークを水平に保ち、安定した芯出しをおこなうことができる。

さらに、第１、第２の芯出し面の間に、第１及び第２の環状ワークを積層して配置した後、フィンガ部を放射方向または円の中心軸へ向かう方向へ移動させることで第１の環状ワークと第２の環状ワークとを第１の芯出し面で芯出しを行う。

そして、フィンガ部を第１の芯出し工程と逆方向（円の中心軸から離れる方向）へ移動させ、フィンガ部の第１及び第２の環状ワークへの芯出し状態を解き、第３の環状ワークを第１または第２の環状ワーク上に積層して配置する。

そして、フィンガ部を第１の芯出し工程と逆方向へ移動させることで第１または第２の環状ワークと第３の環状ワークとを第２の芯出し面で芯出しを行う。

この方法により、環状ワークの芯出しをワークの取出しおよび置き直しの工程をおこなうことなく実現できる。

本発明に係る芯出し装置及び芯出し方法によって芯出しされる複数の環状ワークを備えた環状ワークユニットの上面図であるである。 図１の拡大部分断面図である。 図２の環状ワークユニットを分解して示す断面図である。 本発明の一実施例に係る芯出し装置を含む全体構成を示す図である。 本発明の一実施例に係る芯出し装置を示す上面図である。 図５のB-B線に沿った断面図である。 第２の環状ワークが芯出し装置に配置される工程を示す断面図である。 第１の環状ワークと第２の環状ワークとの芯出し工程を示す断面図である。 第３の環状ワークが芯出し装置に配置される工程を示す断面図である。 図１０は、第１の環状ワークまたは第２の環状ワークと第３の環状ワークとの芯出し工程を示す断面図である。

以下、本発明に係る芯出し装置の実施形態を挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。

はじめに、芯出し装置によって芯出しされる環状ワークについて説明する。図１は、本発明に係る芯出し装置及び芯出し方法によって芯出しされる複数の環状ワークを備えた環状ワークユニットの上面図である。また、図２は、図１のA-A線に沿った拡大部分断面図である。

図２及び図３に示すように、環状ワークユニット１は、それぞれ円環状の積層される少なくとも３個の環状ワーク２乃至４から構成されている。第１の環状ワーク２は、内部が中空で円環状の形状を有し、上面２ｂを有する内径部と内径部より軸方向の厚さが大きく上面２ａを有する外径部とを備えている。

第２の環状ワーク３は、円筒形の形状を有し、上面３ｂ及び下面３ａを備えている。

第１の環状ワーク４は、円筒形の形状を有し、下面４ａと、外径側に延在する環状のフランジ部４ｂとを備えている。

樹脂材質の第１の環状ワーク２の上に接着剤を介して、アルミ材質の第２の環状ワーク３が組付けられ、さらに第２の環状ワーク３を挟み込むように、樹脂材質の第３の環状ワーク４が接着剤を介して、第１の環状ワーク２に組付けられている。

また、製品規格として、第２の環状ワーク３および第３の環状ワーク４はそれぞれ第１の環状ワーク２に対して、同軸度０．１以下の精度で組立なければならない。

図３は、図２の環状ワークユニット１を分解して示す断面図である。各環状ワークの寸法を示している。

第１の環状ワーク２の内径d11＝φ60(0/-0.05)mm、上部内径d12=φ65±0.1mm、外径D1=φ70(+0.05/0.025)mm、第２の環状ワーク３は内径d2=φ66±0.1mm、外径D2=φ70(0/-0.05)mm、第３の環状ワーク４は内径d3=φ60(+0.05/0)mm、外径D31=φ67±0.1mm、下部外径D32=φ64±0.1mmである。

次に、本発明の一実施形態に係る芯出し装置の構成について説明する。図４は、本発明の一実施例に係る芯出し装置を含む全体構成を示す図である。

図４において、ハンド部５はロボットアーム部先端６に取り付けられている。ロボットアーム部先端６は図示しないワーク供給エリアから複数の環状ワークを制御部８からの指令により、ハンド部５により取得する。ハンド部５が保持する環状ワークは芯出し装置７に投入される。

図５は本発明の一実施例に係る芯出し装置を示す上面図であり、図６は図５のB-B線に沿った断面図であり、第２の環状ワークが芯出し装置７に配置された様子を示す図である。

図５及び図６において、複数の環状ワークの相対軸心を合わせる芯出し装置７は３個のフィンガ部７aがそれぞれ３個のブラケット部７bを介してモータなどのアクチュエータ部７eに取り付けられている。フィンガ部７a、ブラケット部７b及びアクチュエータ部７eは、それぞれ周方向等配に設けられている。

３個のフィンガ部７aは円上に配置され、円の中心から放射状に延びる線上を同期しながら芯出し装置７の中心軸７f方向へ接近、また中心軸７ｆから離間可能である。フィンガ部７ａが配置される円と平行な座面部７ｇには環状ワークを水平に配置できるようになっている。芯出し装置７の中心軸７ｆは３個のフィンガ部７ａが配置される円の中心軸と一致している。

また、３個のフィンガ部７aはそれぞれ環状ワークを外周面側（外径側）から芯出しする第１の芯出し面７d及び内周面側（内径側）から芯出しする第２の芯出し面７cを有する。第１の芯出し面７d及び第２の芯出し面７cは、中心軸７ｆに対して平行に延び、座面部７ｇに対して直交している。また、第１の芯出し面７d及び第２の芯出し面７cは、円の中心から放射状に延びる線上に位置している。

第１の芯出し面７ｄと放射方向で対向する第２の芯出し面７cは、各環状ワークの内径よりも小さい曲面であることが望ましい。そのためには、各環状ワークを内側から芯出しする際に、３個のフィンガ部７aは各々、第２の芯出し面７cと各環状ワークとが点接触するように第２の芯出し面７cを構成する必要がある。このため、本実施例においては、第２の芯出し面７cはＲ=10mmの曲面となっている。

また、各ブラケット部に固定されているため、各第１の芯出し面７ｄ、第２の芯出し面７ｃそれぞれの相対位置は一定（不変）である。

３個のフィンガ部７aは制御部８（図４）により、一定量移動する位置制御移動および移動方向に対して一定負荷が加わると停止する力制御移動が可能である。

次に、芯出し装置を用いた芯出し方法の各工程を順に説明する。

まず、図示しないワーク供給エリアからハンド部５により第１の環状ワーク２を取得し、ロボットアーム部先端６により芯出し装置７の上方へ搬送する。このとき、第１の環状ワーク２の上面２ａに接着剤が塗布された状態で搬送される。接着剤は、図２に示す第１の環状ワーク２と第２の環状ワーク３及び第３の環状ワーク４との接触面に塗布されている。

第１の環状ワーク２が芯出し装置７の上方へ搬送される。
このとき、３個のフィンガ部７aは第１の環状ワーク２を干渉なく投入できるよう、３個の第１の芯出し面７dの内接円直径が第１の環状ワーク２の外径D1=70mmよりも大きい。

また、３個の第２の芯出し面７cの外接円直径が第１の環状ワーク２の内径d11=60mmよりも小さくなる位置にアクチュエータ部７eによりフィンガ部７aが一定量移動されている。

その後、ロボットアーム部先端６によりハンド部５を下降させた後、ハンド部５を開き、座面部７g上に第１の環状ワーク２を投入する。

第１の環状ワーク２の投入後、ロボットアーム部先端６は再びワーク供給エリアへ移動し、第２の環状ワーク３をハンド部５により取得し、ロボットアーム部先端６により芯出し装置７の上方へ移動する。

図７は、第２の環状ワークが芯出し装置に配置される工程を示す断面図である。図７乃至図１０に示す断面箇所は図５のＢ−Ｂ線に沿った断面と同一断面を示している。

第２の環状ワーク３を芯出し装置７の上方に搬送した後、ロボットアーム部先端６を移動させ、ハンド部５を開くことにより、図中の矢印の方向で第２の環状ワーク３を第１の環状ワーク２の上に配置する。

図８は、第１の環状ワーク２と第２の環状ワーク３との芯出し工程を示す断面図である。
第２の環状ワーク３を第１の環状ワーク２の上に配置した後、すべてのフィンガ部７ａ、ここでは３個のフィンガ部７aを中心軸７ｆへ向かう方向（図中の矢印の方向）へ放射状に力制御移動させる。（第１の芯出し工程）

第１の環状ワーク２の外径D1=φ70(+0.05/0.025)mmは第２の環状ワーク３の外径D2=φ70(0/-0.05)mよりも大きい。このため、３個の第１の芯出し面７dが第１の環状ワーク２の外周部に当接し、一定負荷を検知して停止する。

この時、第１の環状ワーク２の中心軸が芯出し装置７の中心軸７fと一致しているため、第２の環状ワーク３の中心軸は、第１の環状ワーク２と第２の環状ワーク３の両部材の公差分±０．０５ｍｍの精度で芯出しすることができる。

その後、すべてのフィンガ部７ａを円の中心軸から離れる方向へ移動させることですべてのフィンガ部７ａの第１の環状ワーク２及び第２の環状ワーク３への芯出し状態を解く工程が行われる。

次に、ロボットアーム部先端６は再びワーク供給エリアへ移動し、第３の環状ワーク４をハンド部５により取得し、ロボットアーム部先端６により芯出し装置７の上方へ移動する。

このとき、３個のフィンガ部７aは第３の環状ワーク４を干渉なく投入できるように、３個の第１の芯出し面７dの内接円直径が第３の環状ワーク４の外径D31=67mmよりも大きく設定されている。また、３個の第２の芯出し面７cの外接円直径が第３の環状ワーク４の内径d3=60mmよりも小さくなる位置にアクチュエータ部７eによりフィンガ部７aが一定量移動されている。

図９は、第３の環状ワーク４が芯出し装置７に配置される工程を示す断面図である。
ロボットアーム部先端６を移動させ、ハンド部５を開くことにより、第３の環状ワーク４を芯出し装置７に投入し、図中の矢印の方向で、接着剤の塗布された第１の環状ワーク２の下面２ｂに第３の環状ワーク４の下面４ａが接触するように第２の環状ワーク３上に配置する。

図１０は、第１の環状ワーク２または第２の環状ワーク３と第３の環状ワーク４との芯出し工程を示す断面図である。先ず、第３の環状ワーク４を第１の環状ワーク２の上に配置した後、すべてのフィンガ部７ａ、ここでは３個のフィンガ部７aを芯出し装置７の中心軸から離れる方向（図中の矢印の方向で第１の芯出し工程とは逆方向）へ放射状に力制御移動させる。（第２の芯出し工程）

第１の環状ワーク２の内径d11=φ60(0/-0.05)mmは第３の環状ワーク４の内径d3=φ60(+0.05/0)mよりも小さい。従って、３個の第２の芯出し面７cが第１の環状ワーク２の内周部に当接し、一定負荷を検知して停止する。

これにより、第１の環状ワーク２の中心軸が芯出し装置７の中心軸７fと一致し、第３の環状ワーク４の中心軸は、第１の環状ワーク２と第３の環状ワーク４との両部材の公差分±0.05mmの精度で芯出しすることができる。

最後に、環状ワークユニット１を干渉なく取り出せるように、アクチュエータ部７eを駆動することで３個のフィンガ部７aを中心軸７f方向へ一定量移動させる。

このとき、３個の第１の芯出し面7dの内接円直径が第１の環状ワーク２の外径D1=70mmよりも大きく、かつ３個の第２の芯出し面７cの外接円直径が第１の環状ワーク２の内径d11=60mmよりも小さくなる。

そして、ロボットアーム部先端６によりハンド部５を下降させた後、ハンド部５を閉じ、環状ワークユニット１を取得する。

図示しないワーク排出エリアにロボットアーム部先端６により環状ワークユニット１を搬送し、ハンド部５を開いて、環状ワークユニット１を排出する。

上述の一連の工程により、製品規格である同軸度０．１以下を満たした複数の環状ワークの芯出しと環状ワークユニット１の組立をおこなうことができる。

以上説明したように、本実施形態では芯出し装置７の座面部７gに配置された３個の環状ワークを３個のフィンガ部７aを移動させることで、３個の第１の芯出し面７dを使って環状ワークの外周側から、３個の第２の芯出し面７cを使って環状ワークの内周側から芯出しをおこなうことができる。

環状ワークを取り出したり、置き直すこともなく、一台の芯出し装置で、複雑な構成を必要とせずに複数の環状ワークが芯出しされた環状ワークユニット１を組立てることができる。

上記実施例においては、フィンガ部７ａは３つ設けられているが、フィンガ部７ａの個数は、３個に限定されるものではなく、その他の個数設けることが可能である。その場合、周方向等配に設けることが望ましい。

１・・・・・・・・・・ 環状ワークユニット
２・・・・・・・・・・ 第１の環状ワーク
３・・・・・・・・・・ 第２の環状ワーク
４・・・・・・・・・・ 第３の環状ワーク
５・・・・・・・・・・ ハンド部
６・・・・・・・・・・ ロボットアーム部先端
７・・・・・・・・・・ 芯出し装置
７a・・・・・・・・・ フィンガ部
７b・・・・・・・・・ ブラケット部
７c・・・・・・・・・ 第１の芯出し面
７d・・・・・・・・・ 第２の芯出し面
７e・・・・・・・・・ アクチュエータ部
７f・・・・・・・・・ 芯出し装置の中心軸
７g・・・・・・・・・ 座面部
８・・・・・・・・・・ 制御部
d11・・・・・・・・ 第１の環状ワーク内径寸法
d12・・・・・・・・ 第１の環状ワーク上内径寸法
D1・・・・・・・・・ 第１の環状ワーク外径寸法
d2・・・・・・・・・ 第２の環状ワーク内径寸法
D2・・・・・・・・・ 第２の環状ワーク外径寸法
d3・・・・・・・・・ 第３の環状ワーク内径寸法
D31・・・・・・・・ 第３の環状ワーク外径寸法
D32・・・・・・・・ 第３の環状ワーク下外径寸法

Claims (7)

1. 積層される複数の環状ワークの相対軸心を合わせる芯出し装置であって、
   円上に配置され、前記円の中心から放射状に延びる線上を互いに同期して移動する少なくとも３つのフィンガ部を備え、前記フィンガ部はそれぞれ前記環状ワークを外周面側から芯出しする第１の芯出し面と、前記環状ワークを内周面側から芯出しする第２の芯出し面とを、互いの相対位置が一定となるように備え、前記第１の芯出し面及び第２の芯出し面が前記放射状に延びる線上に位置し、かつ、前記第１の芯出し面及び第２の芯出し面が対向していることを特徴とする芯出し装置。
2. 前記フィンガ部はそれぞれ、前記円と平行な座面を有することを特徴とする請求項１に記載の芯出し装置。
3. 前記環状ワークは、前記円上に水平に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の芯出し装置。
4. 前記第２の芯出し面は、前記環状ワークの内径よりも小さい曲面を有し、前記第２の芯出し面と前記環状ワークとが点接触することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の芯出し装置。
5. 円の中心から放射状に延びる線上を互いに同期して移動する少なくとも３つのフィンガ部を備えた芯出し装置を用い、積層された複数の環状ワークの相対軸心を合わせる芯出し方法であって、
   前記フィンガ部には第１の芯出し面と第２の芯出し面とが互いの相対位置が一定となるように対向して備えられ、
   前記フィンガ部の前記第１の芯出し面と前記第２の芯出し面の間に、第１の環状ワーク及び第２の環状ワークを積層して配置する工程と、
   前記フィンガ部を前記芯出し装置の中心軸へ向かう方向へ移動させることで第１の環状ワークと第２の環状ワークとを前記第１の芯出し面で芯出しする第１の芯出し工程と、を有することを特徴とする芯出し方法。
6. 前記フィンガ部を前記芯出し装置の中心軸から離れる方向へ移動させることで前記フィンガ部の第１の環状ワーク及び第２の環状ワークへの芯出し状態を解く工程と、
   第３の環状ワークを第１の環状ワークまたは第２の環状ワークの上に積層して配置する工程と、
   前記フィンガ部を前記芯出し装置の中心軸から離れる方向へ移動させることで第１の環状ワークまたは第２の環状ワークと第３の環状ワークとを前記第２の芯出し面で芯出しする第２の芯出し工程と、をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の芯出し方法。
7. 請求項５または６に記載の芯出し方法を用いて部品を製造することを特徴とする部品の製造方法。

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