JP6228478B2

JP6228478B2 - 位置決め装置

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Publication number: JP6228478B2
Application number: JP2014023071A
Authority: JP
Inventors: 浩平谷苗
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2014-02-10
Filing date: 2014-02-10
Publication date: 2017-11-08
Anticipated expiration: 2034-02-10
Also published as: JP2015147288A

Description

本発明は、ロケート穴を備えたワークを位置決めする位置決め装置に関する。

例えば、自動車車体の組立ラインは、メインフロアを組み立てるメインフロア工程、ボディサイドを組み立てるボディサイド工程、メインフロアにボディサイド等を固定するメインボディ工程等によって構成されている。これらの各工程においては、様々なパネル材を組み合わせて溶接することから、ワークとしてのパネル材を位置決めする位置決め装置が用いられている。また、車体の組立ラインだけでなく、例えば、車体を搬送する搬送装置においても、車体を適切な位置に搭載する必要があることから、ワークとしての車体を位置決めする位置決め装置が用いられている（特許文献１参照）。

特開２００４−１２２９５０号公報

特許文献１に記載の位置決め装置は、車体のロケート穴にロケートピンを挿入することにより、搬送ハンガー上の適切な位置に車体を搭載している。しかしながら、ロケートピンは外径寸法が一定となる円柱形状を有することから、ワークの位置決め精度を高めるとともに、ロケートピンに対してワークを容易に脱着することが困難となっていた。すなわち、ワークの位置決め精度を高めるためには、ロケートピンとロケート穴とのクリアランスを狭めることが必要である。しかしながら、ロケートピンとロケート穴とのクリアランスを狭めることは、ロケート穴に対するロケートピンの噛み込みを招くことから、ロケートピンに対するワークの脱着を阻害する要因となっていた。

本発明の目的は、ワークの位置決め精度を高めつつ、ロケートピンに対するワークの脱着を容易にすることにある。

本発明の位置決め装置は、ロケート穴を備えたワークを位置決めする位置決め装置であって、ベース部材に設けられる支持軸部材と、前記支持軸部材にバネ部材を介して設けられ、前記支持軸部材に対して軸方向に移動自在であるロケートピンと、前記ロケートピンに設けられ、前記ロケートピンに対して径方向に移動自在である拡径部材と、を有し、前記支持軸部材と前記拡径部材との少なくともいずれか一方に、前記支持軸部材の軸方向に対して傾斜するカム面が形成され、前記ロケートピンが前記バネ部材を縮めて前記支持軸部材に近づく際には、前記カム面に沿って前記拡径部材が径方向外方に移動する一方、前記バネ部材が伸びて前記支持軸部材から前記ロケートピンが離れる際には、前記カム面に沿って前記拡径部材が径方向内方に移動する。

本発明によれば、ロケートピンがバネ部材を縮めて支持軸部材に近づく際には、カム面に沿って拡径部材が径方向外方に移動する一方、バネ部材が伸びて支持軸部材からロケートピンが離れる際には、カム面に沿って拡径部材が径方向内方に移動する。これにより、ワークの位置決め精度を高めることが可能となり、ロケートピンに対してワークを容易に脱着することが可能となる。

本発明の一実施の形態である位置決め装置を備えたワーク固定治具を示す概略図である。（ａ）〜（ｃ）はワーク固定治具の作動状態を示す説明図である。（ａ）は位置決め装置を示す平面図であり、（ｂ）は位置決め装置を示す正面図である。図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿って位置決め装置を示す拡大断面図である。図４のＡ−Ａ線に沿って位置決め装置を示す拡大断面図である。（ａ）は支持軸部材を示す平面図および正面図であり、（ｂ）は３つの拡径アームを示す平面図および正面図であり、（ｃ）は３つのクランプアームを示す平面図および正面図である。（ａ）および（ｂ）は位置決め装置の作動状態を示す平面図および断面図である。（ａ）および（ｂ）は位置決め装置の作動状態を示す平面図および断面図である。（ａ）〜（ｄ）は拡径アームの作動状態を示す拡大断面図である。（ａ）〜（ｄ）はクランプアームの作動状態を示す拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である位置決め装置１０を備えたワーク固定治具１１を示す概略図である。図２（ａ）〜（ｃ）はワーク固定治具１１の作動状態を示す説明図である。まず、図１に示すように、ワーク固定治具１１は、位置決め装置１０を備える位置決め治具部１２と、クランプ装置１３を備えるクランプ治具部１４と、を有している。位置決め治具部１２には、治具本体１５に固定されるベース部材１６が設けられており、このベース部材１６には、位置決め装置１０が固定されている。また、クランプ治具部１４は、治具本体１５に固定される受け台１７と、受け台１７に揺動自在に設けられるアーム部材１８と、を備えている。アーム部材１８にはシリンダ１９が連結されており、シリンダ１９を駆動することでアーム部材１８をクランプ位置と解放位置とに揺動させることが可能となる。

図２（ａ）に示すように、ワークＷをワーク固定治具１１に取り付ける際には、アーム部材１８が解放位置に保持される。そして、図２（ａ）に矢印αで示すように、受け台１７に向けてワークＷが搬送され、図２（ｂ）に示すように、受け台１７上にワークＷが設置される。このとき、後述するワークＷのロケート穴Ｗａには、位置決め装置１０を構成するロケートピン２０が挿入され、受け台１７上の所定位置にワークＷが位置決めされた状態となる。続いて、図２（ｂ）に矢印αで示すように、アーム部材１８がクランプ位置に向けて駆動され、図２（ｃ）に示すように、受け台１７とアーム部材１８との間にワークＷが固定される。そして、位置決め固定されたワークＷに対する溶接や切断等の加工が終了すると、図２（ｂ）に矢印βで示すように、アーム部材１８が解放位置に向けて駆動され、図２（ａ）に矢印βで示すように、ワークＷが受け台１７から取り外される。なお、ワークＷを搬送する際には、例えば、図示しないロボットアーム等が用いられる。

図３（ａ）は位置決め装置１０を示す平面図であり、図３（ｂ）は位置決め装置１０を示す正面図である。また、図４は図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿って位置決め装置１０を示す拡大断面図であり、図５は図４のＡ−Ａ線に沿って位置決め装置１０を示す拡大断面図である。

図３（ａ）および（ｂ）に示すように、位置決め装置１０は、ベース部材１６に設けられる支持軸部材２１と、支持軸部材２１に設けられるロケートピン２０と、を有している。また、ロケートピン２０には複数のスリット２２，２３が形成されており、スリット２２，２３には拡径アーム（拡径部材）２４やクランプアーム（クランプ部材）２５が収容されている。図４に示すように、ベース部材１６には支持軸部材２１がネジ結合されており、支持軸部材２１にはその先端を覆うように砲弾型のロケートピン２０が設けられている。また、ロケートピン２０の内部には軸部２６が形成されており、支持軸部材２１にはロケートピン２０の軸部２６を収容する収容穴２７が形成されている。また、ロケートピン２０の軸部２６にはコイルバネ（バネ部材）２８の一端部が装着されており、コイルバネ２８の他端部は支持軸部材２１の収容穴２７に収容されている。すなわち、支持軸部材２１にはコイルバネ２８を介してロケートピン２０が設けられており、ロケートピン２０は支持軸部材２１に対して軸方向に移動自在となっている。また、図５に示すように、ロケートピン２０には、拡径アーム２４を収容するスリット２２が約１２０°毎に３つ形成されている。同様に、ロケートピン２０には、クランプアーム２５を収容するスリット２３が約１２０°毎に３つ形成されている。また、スリット２２とスリット２３とは、周方向に交互に並んで配置されている。

ここで、図６（ａ）は支持軸部材２１を示す平面図および正面図であり、図６（ｂ）は３つの拡径アーム２４を示す平面図および正面図であり、図６（ｃ）は３つのクランプアーム２５を示す平面図および正面図である。また、図６（ａ）において、一点鎖線Ｃ１は支持軸部材２１の中心軸を示している。さらに、図６（ｂ）および（ｃ）において、一点鎖線Ｃ２はロケートピン２０の中心軸を示し、矢印αはロケートピン２０の径方向内方を示し、矢印βはロケートピン２０の径方向外方を示している。なお、支持軸部材２１とロケートピン２０とを組み付けた際に、支持軸部材２１の中心軸Ｃ１とロケートピン２０の中心軸Ｃ２とは重なった状態となる。

図６（ａ）に示すように、支持軸部材２１は、基端側に設けられる雄ねじ部３０と、先端側に設けられるテーパ部３１と、雄ねじ部３０とテーパ部３１との間に設けられる鍔部３２と、を有している。支持軸部材２１のテーパ部３１には、３つのテーパ面（カム面）３３と３つの円筒面３４とが周方向に交互に設けられている。また、支持軸部材２１のテーパ面３３は、支持軸部材２１の中心軸Ｃ１に対して傾斜している。すなわち、支持軸部材２１のテーパ面３３は、支持軸部材２１の軸方向に対して傾斜している。また、図６（ｂ）に示すように、３つの拡径アーム２４は環状の板バネ４０を介して連結されている。各拡径アーム２４は、板バネ４０に連結されるアーム部４１と、アーム部４１の先端から径方向外方に突出する突出部４２と、アーム部４１から径方向内方に突出する倣い部４３と、を備えている。さらに、図６（ｃ）に示すように、各クランプアーム２５は、支持ピン５０を備える基部５１と、基部５１から径方向外方に突出する爪部５２と、基部５１から径方向内方に突出する重り部５３と、を備えている。

図４に示すように、ロケートピン２０の軸部２６には、拡径アーム２４を連結する環状の板バネ４０が取り付けられている。すなわち、ロケートピン２０には板バネ４０を介して拡径アーム２４が設けられており、板バネ４０を弾性変形させることによって、拡径アーム２４はロケートピン２０の径方向に移動自在となっている。また、拡径アーム２４の突出部４２はスリット２２から外側に突出しており、拡径アーム２４の倣い部４３は支持軸部材２１のテーパ面３３に接触している。なお、拡径アーム２４の倣い部４３は、板バネ４０によってテーパ面３３側に付勢された状態となっている。また、クランプアーム２５の支持ピン５０はロケートピン２０に取り付けられており、クランプアーム２５はロケートピン２０に対して回動自在となっている。さらに、クランプアーム２５に対向する支持軸部材２１の円筒面３４には凹部３５が形成されており、この凹部３５には戻しバネ３６と共に係合突起３７が組み付けられている。

続いて、位置決め装置１０の作動状態について説明する。図７（ａ）、図７（ｂ）図８（ａ）および図８（ｂ）は、位置決め装置１０の作動状態を示す平面図および断面図である。また、図９（ａ）〜（ｄ）は拡径アーム２４の作動状態を示す拡大断面図であり、図１０（ａ）〜（ｄ）はクランプアーム２５の作動状態を示す拡大断面図である。なお、図９（ａ）および図１０（ａ）には図７（ａ）の一部が示されており、図９（ｂ）および図１０（ｂ）には図７（ｂ）の一部が示されている。また、図９（ｃ）および図１０（ｃ）には図８（ａ）の一部が示されており、図９（ｄ）および図１０（ｄ）には図８（ｂ）の一部が示されている。

図７（ａ）に示すように、ワークＷに開口するロケート穴Ｗａの内径寸法Ｄ１は、ロケートピン２０の外径寸法Ｄ２よりも大きく設定されている。すなわち、ロケート穴Ｗａに対するロケートピン２０の抜き差しを容易にするため、ロケート穴Ｗａとロケートピン２０との間には所定のクリアランスが設定されている。図７（ａ）に示すように、ロケートピン２０とワークＷとの嵌合前においては、ワークＷからロケートピン２０に荷重が加えられていないため、コイルバネ２８のバネ力によってロケートピン２０は支持軸部材２１から離れた状態となる。そして、図７（ｂ）に示すように、ロケートピン２０とワークＷとの嵌合が開始されると、最初にロケート穴Ｗａの外縁部Ｗｂが拡径アーム２４の突出部４２に対して接触する。このように、ワークＷとロケートピン２０とが拡径アーム２４を介して接触するため、図７（ｂ）、図８（ａ）、図８（ｂ）の順に示すように、ワークＷの下降に伴ってロケートピン２０が下降することになる。すなわち、ロケートピン２０は、ワークＷの下降に伴い、コイルバネ２８を縮めながら支持軸部材２１に近づいた状態となる。

ここで、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に示すように、ロケートピン２０と支持軸部材２１とが近づく際には、支持軸部材２１のテーパ面３３に沿って拡径アーム２４の倣い部４３が移動する。すなわち、テーパ部３１の小径部６０から大径部６１に向けて拡径アーム２４の倣い部４３がスライドするため、拡径アーム２４はロケートピン２０の径方向外方に移動することになる。このとき、図８（ｂ）に示すように、３つの拡径アーム２４は共に径方向外方に移動するため、ロケートピン２０の中心Ｃ２にロケート穴Ｗａの中心Ｃ３を合わせることができ、ロケートピン２０によるワークＷの位置決め精度を高めることが可能となる。このように、ロケートピン２０の径方向外方に移動する拡径アーム２４により、ロケートピン２０とロケート穴Ｗａとのクリアランスが詰められるため、ロケートピン２０に対するワークＷの取り付けを容易にしつつ、ロケートピン２０によるワークＷの位置決め精度を高めることが可能となる。

一方、位置決め装置１０からワークＷを取り外す際に、ワークＷを上昇させようとすると、ワークＷからロケートピン２０に加えられる荷重が減少する。このため、図８（ｂ）、図８（ａ）、図７（ｂ）の順に示すように、ロケートピン２０は、コイルバネ２８のバネ力によって上昇することになる。ここで、図９（ｄ）、（ｃ）、（ｂ）、（ａ）の順に示すように、ロケートピン２０と支持軸部材２１とが離れる際には、テーパ部３１の大径部６１から小径部６０に向けて拡径アーム２４の倣い部４３がスライドするため、拡径アーム２４はロケートピン２０の径方向内方に移動する。これにより、ロケートピン２０とロケート穴Ｗａとの間には所定のクリアランスが設けられるため、ロケートピン２０からワークＷを容易に取り外すことが可能となる。しかも、ワークＷからロケートピン２０に加えられる荷重によって、拡径アーム２４を動作させる構造であることから、位置決め装置１０にアクチュエータ等を組み込む必要がなく、位置決め装置１０の簡素化および低コスト化を達成することが可能となる。

続いて、クランプアーム２５の作動状態について説明する。図１０（ａ）に示すように、ロケートピン２０とワークＷとの嵌合前においては、ワークＷからロケートピン２０に荷重が加えられていないため、コイルバネ２８のバネ力によってロケートピン２０は支持軸部材２１から離れた状態となる。この場合には、クランプアーム２５に対して支持軸部材２１の係合突起３７や鍔部３２が接触していないため、クランプアーム２５はスリット２３内の格納位置に移動した状態となる。なお、クランプアーム２５の重心は、支持ピン５０よりも重り部５３側に設定されている。このため、クランプアーム２５に係合突起３７や鍔部３２が接触しない状況においては、クランプアーム２５は重り部５３を下げて格納位置を保持することになる。

また、図１０（ｂ）に示すように、ワークＷの下降に伴ってロケートピン２０が下降すると、クランプアーム２５の重り部５３に支持軸部材２１の係合突起３７が下方から接触し、クランプアーム２５を矢印α方向に回動させる。このとき、係合突起３７は戻しバネ３６を縮めながら凹部３５に収容されるため、係合突起３７は重り部５３の上方に移動することになる。さらに、図１０（ｃ）に示すように、ワークＷの下降に伴ってロケートピン２０が下降すると、クランプアーム２５の重り部５３に支持軸部材２１の鍔部３２が下方から接触し、クランプアーム２５を矢印α方向に回動させる。そして、図１０（ｄ）に示すように、クランプアーム２５はスリット２３から突出する突出位置に移動し、クランプアーム２５の爪部５２によってワークＷが高さ方向に規制される。このように、クランプアーム２５によってワークＷをＺ軸方向に位置決めすることができ、ワークＷの位置決め精度を更に高めることが可能となる。すなわち、前述したロケートピン２０および拡径アーム２４によってワークＷをＸ軸方向やＹ軸方向に位置決めするだけでなく、クランプアーム２５によってワークＷがＺ軸方向に位置決めされるため、ワークＷの位置決め精度を飛躍的に高めることが可能となる。

一方、位置決め装置１０からワークＷを取り外すため、ワークＷからロケートピン２０に加えられる荷重を減少させ、コイルバネ２８のバネ力によってロケートピン２０を上昇させると、図１０（ｃ）および（ｂ）に示すように、クランプアーム２５の重り部５３に係合突起３７が上方から接触し、クランプアーム２５を矢印β方向に回動させる。その後、ロケートピン２０の上昇に伴って係合突起３７は凹部３５に収容されるため、図１０（ａ）に示すように、係合突起３７は重り部５３の下方に移動し、クランプアーム２５は格納位置に保持された状態となる。このように、ロケートピン２０からワークＷを取り外す際には、クランプアーム２５が突出位置から格納位置に移動するため、クランプアーム２５によってワークＷの動きを阻害することなく、ロケートピン２０からワークＷを容易に取り外すことが可能となる。しかも、ワークＷからロケートピン２０に作用する荷重によって、クランプアーム２５を動作させる構造であることから、位置決め装置１０にアクチュエータ等を組み込む必要がなく、位置決め装置１０の簡素化および低コスト化を達成することが可能となる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。図示する場合には、ワーク固定治具１１に対して１つの位置決め装置１０を設けているが、これに限られることはなく、ワーク固定治具１１に対して複数の位置決め装置１０を設けても良い。また、前述の説明では、１つのロケートピン２０に３つの拡径アーム２４を設けているが、これに限られることはなく、１つのロケートピン２０に４つ以上の拡径アーム２４を設けても良く、１つのロケートピン２０に２つ以下の拡径アーム２４を設けても良い。なお、ロケートピン２０の中心Ｃ２とロケート穴Ｗａの中心Ｃ３とを一致させるためには、１つのロケートピン２０に対して３つ以上の拡径アーム２４を設けることが望ましい。また、前述の説明では、１つのロケートピン２０に３つのクランプアーム２５を設けているが、これに限られることはなく、１つのロケートピン２０に４つ以上のクランプアーム２５を設けても良く、１つのロケートピン２０に２つ以下のクランプアーム２５を設けても良い。

前述の説明では、ロケートピン２０に対して拡径アーム２４が揺動自在に設けられているが、これに限られることはない。拡径アーム２４はロケートピン２０に対して径方向に移動自在に設けられていれば良く、例えば、ロケートピン２０に対して拡径アーム２４を回動自在に設けても良い。また、前述の説明では、ロケートピン２０に対してクランプアーム２５が回動自在に設けられているが、これに限られることはない。例えば、ロケートピン２０に対してクランプアーム２５を揺動自在に設けても良い。

前述の説明では、支持軸部材２１にカム面としてのテーパ面３３を形成しているが、これに限られることはなく、拡径アーム２４にカム面を形成しても良く、支持軸部材２１と拡径アーム２４との双方にカム面を形成しても良い。また、カム面としては、テーパ面に限られることはなく、カム面として傾斜面を形成しても良い。また、図示する場合には、位置決め装置１０を用いて平板状のワークＷを位置決めしているが、これに限られることはなく、プレス加工が施されたワークＷに対して本発明の位置決め装置１０を適用しても良い。また、図示する場合には、治具本体１５に固定されるベース部材１６に対して支持軸部材２１を設けているが、これに限られることはなく、治具本体１５に対して直に支持軸部材２１を設けても良い。すなわち、治具本体１５をベース部材１６として機能させても良い。

１０位置決め装置
２０ロケートピン
２１支持軸部材
２４拡径アーム（拡径部材）
２５クランプアーム（クランプ部材）
２８コイルバネ（バネ部材）
３３テーパ面（カム面）
４２突出部
Ｗワーク
Ｗａロケート穴
Ｗｂ外縁部

Claims

ロケート穴を備えたワークを位置決めする位置決め装置であって、
ベース部材に設けられる支持軸部材と、
前記支持軸部材にバネ部材を介して設けられ、前記支持軸部材に対して軸方向に移動自在であるロケートピンと、
前記ロケートピンに設けられ、前記ロケートピンに対して径方向に移動自在である拡径部材と、
を有し、
前記支持軸部材と前記拡径部材との少なくともいずれか一方に、前記支持軸部材の軸方向に対して傾斜するカム面が形成され、
前記ロケートピンが前記バネ部材を縮めて前記支持軸部材に近づく際には、前記カム面に沿って前記拡径部材が径方向外方に移動する一方、
前記バネ部材が伸びて前記支持軸部材から前記ロケートピンが離れる際には、前記カム面に沿って前記拡径部材が径方向内方に移動する、位置決め装置。
請求項１記載の位置決め装置において、
前記拡径部材は、前記ロケートピンの径方向外方に突出する突出部を備え、
前記ワークの前記ロケート穴に前記ロケートピンを挿入する際に、前記ロケート穴の外縁部と前記突出部とは接触する、位置決め装置。
請求項１または２記載の位置決め装置において、
前記ロケートピンに、３つ以上の前記拡径部材が設けられる、位置決め装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の位置決め装置において、
前記ロケートピンに設けられ、前記ロケートピンから突出する突出位置と前記ロケートピンに格納される格納位置とに移動自在であるクランプ部材、を有し、
前記ロケートピンが前記支持軸部材に近づく際には、前記クランプ部材は突出位置に向けて移動する一方、
前記ロケートピンが前記支持軸部材から離れる際には、前記クランプ部材は格納位置に向けて移動する、位置決め装置。