JP6445922B2 - エンドエフェクタ - Google Patents

Description

本発明は、シリンダブロックのシリンダボアに取り付けられるピストンを把持するエンドエフェクタに関する。

従来から、エンジンのシリンダブロックに形成されるシリンダボアからピストンを挿入し、該ピストンをシリンダブロックに取り付ける作業が行われている。シリンダブロックにピストンを取り付けるための治具や方法を開示するものとして、例えば、特許文献１や特許文献２がある。特許文献１には、シリンダボアに対して同軸上に位置決めされる案内部の内側を移動させる過程で、ピストンアセンブリのピストンリングに潤滑油を供給するピストンアセンブリ組付治具が開示されている。特許文献２には、コンロッドが先になるようにシリンダボアに挿入されたピストンをクランク室側開口から挿入されたガイドロックで係合し、コンロッドをシリンダボア内に引き込むピストンの組み付け方法が開示されている。

特開２０１０−２２１３２４号公報 国際公開第２０１４/１１２１９５号パンフレット

特許文献１及び特許文献２の何れにおいても、シリンダブロックに並列配置される複数のシリンダボアに対して複数のピストンをそれぞれ取り付ける必要がある。この点、特許文献２には、シリンダボアに連通する貫通孔を有する挿入治具に、３個のピストンを同時に装填するエンドエフェクタの構成が開示されている。しかし、並列配置されるシリンダボアの間隔が狭いシリンダブロックの場合、挿入治具に形成される貫通孔と貫通孔の間隔も狭くなる。そのため、エンドエフェクタが備える把持機構において、ピストンを把持する把持爪を配置するスペースが小さくなってしまい、把持爪の厚みを十分に確保できなくなるおそれがあった。シリンダブロックのシリンダボアへのピストンの挿入作業を適切に行うためには、エンドエフェクタには各ピストンを確実に把持する性能が求められる。

本発明は、複数のピストンを同時に把持するエンドエフェクタにおいて、把持機構の間隔が狭い場合であっても、各ピストンに対して適切な把持力を発揮できる構成を提供することを目的とする。

本発明は、ピストン（例えば、後述のピストン２１又はピストンアッセンブリ２０）を把持する把持機構（例えば、後述の把持機構４３）がシリンダブロック（例えば、後述のシリンダブロック１０）のシリンダボア（例えば、後述のシリンダボア１１）の位置に応じて並列配置されるエンドエフェクタ（例えば、後述のエンドエフェクタ４０）であって、前記把持機構は、前記把持機構が並列配置される配置方向で、前記ピストンを挟持するように対向配置される第１把持爪（例えば、後述の第１把持爪５２）と、前記配置方向に交差する方向で、前記ピストンを挟持するように対向配置される第２把持爪（例えば、後述の第２把持爪５３）と、を有し、前記第１把持爪は、前記ピストンを挟持していない状態で、前記ピストンに接触する部分の反対側が、前記配置方向で隣接する前記第１把持爪の前記ピストンに接触する部分の反対側と、互い違いに嵌合するように形成されるエンドエフェクタに関する。

これにより、把持機構と把持機構の間隔が狭い場合であっても、第１把持爪の把持機構の配置方向における厚みを確保できる。従って、シリンダボアの間隔が狭いシリンダブロックへのピストンの組付作業において、ピストン間が狭くても、配置方向に十分な把持力を発揮し、ピストンを確実に把持できる構成が実現できる。

前記エンドエフェクタは、前記把持機構を搖動可能にそれぞれ支持するフローティング機構（例えば、後述のフローティング機構４２）を備え、前記把持機構は、前記ピストンの上面に当接する当接部（例えば、後述の当接部５５）をそれぞれ有することが好ましい。

これにより、把持機構で把持される前のピストンの高さが整列していない場合や部品の寸法公差が大きい場合であっても、当接部によって当接した後にフローティング機構によって高さの違いが吸収される。把持機構と該把持機構によって把持されるピストンとの位置関係が、それぞれ適切な位置に調節されるので、ピストンの位置が把持機構ごとに異なる事態を効果的に防止できる。

前記エンドエフェクタは、前記把持機構によって把持された前記ピストンに取り付けられたコンロッドを支持するコンロッド支持機構（例えば、後述のコンロッド支持機構４５）を備えることが好ましい。

これにより、コンロッド付きのピストンの組付作業においても、コンロッドが他の部材に接触する事態を確実に防止することができ、ピストンのシリンダブロックへの組付作業をよりスムーズに行うことができる。

本発明によれば、複数のピストンを同時に把持するエンドエフェクタにおいて、把持機構の間隔が狭い場合であっても、各ピストンに対して適切な把持力を発揮できる構成を提供できる。

本発明の一実施形態に係るエンドエフェクタを示す正面図である。 本実施形態のエンドエフェクタの側面断面図である。 把持機構の第１把持爪及び第２把持爪が開位置にある状態を模式的に示す側面図である。 第１把持爪同士の嵌合部の様子を模式的に示す平面図である。 第１把持爪のテーパ部によってピストンリングがセンタリングされる様子を模式的に示す拡大側面図である。 閉位置にある第１把持爪の凸部近傍の様子を模式的に示す拡大側面図である。 スライダ治具ユニットを介したピストンアッセンブリのシリンダブロックへの組付作業の流れを模式的に示した図である。 シリンダブロックを模式的に示す図である。

以下、本発明のエンドエフェクタの好ましい一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るエンドエフェクタ４０を示す正面図である。図２は、本実施形態のエンドエフェクタの側面断面図であり、図１のＡ−Ａ線断面図である。

エンドエフェクタ４０は、シリンダブロック１０にピストンアッセンブリ２０を組み付ける作業で用いられるロボットハンドである。エンドエフェクタ４０は、六軸の多関節を有するアーム型のロボット３０の先端に設けられる。

図１及び図２に示すように、エンドエフェクタ４０は、ベースフレーム４１と、複数のフローティング機構４２と、複数の把持機構４３と、コンロッド支持機構４５と、を主要な構成として備える。

ベースフレーム４１は、ロボット３０の先端部に固定されており、エンドエフェクタ４０の各構成を支持する。

フローティング機構４２は、把持機構４３の数に応じてベースフレーム４１に設けられる。このフローティング機構４２は、把持機構４３を搖動可能に支持する。なお、フローティング機構４２としては、搖動方向を支持するガイド付きエアシリンダを利用する方法や搖動方向を支持するガイドとスプリング等の弾性体を利用する方法等、適宜の方法を採用することができる。

把持機構４３は、ピストンアッセンブリ２０を把持する。エンドエフェクタ４０は、複数の把持機構４３によって、ピストンアッセンブリ２０をそれぞれ独立して把持可能になっている。なお、ピストンアッセンブリ２０は、コンロッド２２、トップリング２５、セカンドリング２６及びサードリング２７等の各部品が取り付けられたピストン２１である。本実施形態では、トップリング２５及びセカンドリング２６は、ピストンリングである。サードリング２７は、レール部材をオイルリングの上下に配置して構成されるピストンリングである。

把持機構４３の構成について説明する。図３は、把持機構４３の第１把持爪５２及び第２把持爪５３が開位置にある状態を模式的に示す側面図である。図４は、第１把持爪５２同士の嵌合部１１１の様子を模式的に示す平面図であり、図３の矢印Ｂの方向で見た第１把持爪５２同士の嵌合状態を示す拡大図である。図５は、第１把持爪５２のテーパ部１１２によってピストンリングとしてのトップリング２５がセンタリングされる様子を模式的に示す拡大側面図である。図６は、閉位置にある第１把持爪５２の凸部１１０近傍の様子を模式的に示す拡大側面図である。

把持機構４３は、クランプシリンダ５１と、１組の第１把持爪５２と、１組の第２把持爪５３と、当接部５５と、を備える。

クランプシリンダ５１は、把持機構４３の各構成を保持するベース部分である。本実施形態のクランプシリンダ５１は、シリンダボア１１の位置に対応するようにフローティング機構４２を介してベースフレーム４１に支持される。

１組の第１把持爪５２及び１組の第２把持爪５３は、クランプシリンダ５１の下部に配置されるピストンアッセンブリ２０を把持するためのチャック装置である。

第１把持爪５２は、把持機構４３（クランプシリンダ５１）が配置される方向に対向配置される。図３から図６に示すように、第１把持爪５２には、凸部１１０と、嵌合部１１１と、テーパ部１１２と、が形成される。

凸部１１０は、第１把持爪５２における把持面の先端側に形成される。凸部１１０は、第１把持爪５２から突出しており、その先端面がピストンアッセンブリ２０の周面に接触する。本実施形態では、第１把持爪５２がピストンアッセンブリ２０を把持する閉位置にある状態では、凸部１１０がピストン２１の周面に接触することで位置決めされ、トップリング２５、セカンドリング２６及びサードリング２７を縮径する（図６参照）。

嵌合部１１１は、第１把持爪５２における把持面の裏側に形成される（図４参照）。嵌合部１１１は、第１把持爪５２が後述する開位置にあるときに、隣接する第１把持爪５２の裏側同士が嵌合するように形成される。嵌合部１１１は、平面視において、互い違いになるように形成されている。これにより、第１把持爪５２において、ピストンアッセンブリ２０を挟み込む方向の厚みを、十分に確保することができるようになっている。

テーパ部１１２は、第１把持爪５２の先端側であって把持面の反対側に配置される。テーパ部１１２は、先端側に近くづくにつれて背面側から把持面側に近づくように、傾斜している。

テーパ部１１２は、第１把持爪５２が開状態にあるときに、把持対象のピストンアッセンブリ２０とは反対側に位置するピストンアッセンブリ２０に組み付けられるトップリング２５、セカンドリング２６及びサードリング２７の位置を調整（センタリング）するガイドとして機能する（図５参照）。テーパ部１１２によるトップリング２５、セカンドリング２６及びサードリング２７のガイド機能については後述する。

第１把持爪５２は、クランプシリンダ５１が配置される方向でピストンアッセンブリ２０を挟み込む閉位置と、隣接する第１把持爪５２と嵌合する開位置と、の間を移動可能に構成される。第１把持爪５２が開位置から閉位置に移動することによって、クランプシリンダ５１が配置される方向でトップリング２５、セカンドリング２６及びサードリング２７が縮径される。

第２把持爪５３は、クランプシリンダ５１が配置される方向に直交する方向で、把持機構４３のそれぞれに配置される。本実施形態の第２把持爪５３は、その把持面に、第１把持爪５２と同様の凸部１１０を有する。

第２把持爪５３は、クランプシリンダ５１が配置される方向に直交する方向（交差する方向）でピストンアッセンブリ２０を挟み込む閉位置と、閉位置よりも径方向外側に位置する開位置と、の間を移動可能に構成される。第２把持爪５３が開位置から閉位置に移動することで、クランプシリンダ５１が配置される方向に直交する方向でトップリング２５、セカンドリング２６及びサードリング２７が縮径される。

当接部５５は、直方体状に形成されており、クランプシリンダ５１の下面中央に設けられる。当接部５５の下面がピストン２１の上面に接触することで、把持機構４３に対するピストンアッセンブリ２０が位置決めされる。

また、本実施形態の把持機構４３は、トップリング２５、セカンドリング２６又はサードリング２７の径を検出するストローク検出部７５を有する（図３参照）。本実施形態では、ストローク検出部７５としてリニアゲージが用いられる。各リングの径を検出することによって、ピストン２１の外周面へのトップリング２５等の乗り上げが検出可能になっている。

コンロッド支持機構４５は、クランプシリンダ５１の配置方向に延びる１組のバー部材７０を回動可能に支持する。コンロッド支持機構４５は、１組のバー部材７０によって、第２把持爪５３がピストンアッセンブリ２０を挟み込む方向と同じ方向で、コンロッド２２をクランプ可能に構成される（図１及び図２参照）。これにより、ロボット３０によってエンドエフェクタ４０の姿勢が変化しても、コンロッド２２の搖動が抑制され、ピストンアッセンブリ２０の組付作業をスムーズに行うことができる。本実施形態では、一つのコンロッド支持機構４５によって、複数のピストンアッセンブリ２０のそれぞれのコンロッド２２の位置を適切な位置で保持することが可能になっている。

次に、把持機構４３によるピストンアッセンブリ２０の把持について説明する。複数のピストンアッセンブリ２０が上流工程から所定の供給位置に供給されると、ロボット３０によってエンドエフェクタ４０が供給位置に移動する。この供給位置では、ピストンアッセンブリ２０が、ピストン２１を上にした状態で整列配置されており、隣り合うピストンアッセンブリ２０との間隔はシリンダボア１１の間隔に応じて設定されている。

ロボット３０によってエンドエフェクタ４０がピストンアッセンブリ２０の供給位置まで移動すると、把持機構４３によるピストンアッセンブリ２０の把持が実行される。第１把持爪５２及び第２把持爪５３が開位置にある状態で、エンドエフェクタ４０が下方に移動する（図３に示す状態）。この状態において、ピストンアッセンブリ２０に挟まれる位置にある第１把持爪５２は、隣接する第１把持爪５２と裏側で嵌合している状態である（図４に示す状態）。

エンドエフェクタ４０が下方に移動すると、第１把持爪５２のテーパ部１１２によってトップリング２５、セカンドリング２６及びサードリング２７の位置が適切な位置にガイド（センタリング）される。開状態の第１把持爪５２は、その背面側が隣接するピストンアッセンブリ２０に近づいた状態にある。この第１把持爪５２の背面側に形成されるテーパ部１１２によって、隣接する把持機構４３の把持対象のピストン２１に取り付けられたトップリング２５、セカンドリング２６及びサードリング２７のセンタリングが行われるのである（図５に示す状態）。これにより、例えば、トップリング２５が、ピストン２１の中心から大きくずれている場合でも、テーパ部１１２によってピストン２１の中心に押し戻され、適切な位置に戻される。

エンドエフェクタ４０が更に下方に移動すると、把持機構４３の当接部５５の下面がピストンアッセンブリ２０の上面に接触し、エンドエフェクタ４０の把持機構４３に対するピストンアッセンブリ２０の上下方向の位置が適切に位置決めされる。

上流工程から供給されるピストンアッセンブリ２０の高さがそれぞれ異なる状態でセットされていたり、部品の公差が大きかったりしても、クランプシリンダ５１がフローティング機構４２を介してベースフレーム４１にそれぞれ固定されているので、ピストンアッセンブリ２０の高さの違いはフローティング機構４２によって吸収される。従って、把持機構４３のそれぞれで、把持機構４３によってそれぞれ把持されるピストンアッセンブリ２０との位置関係が揃う。

把持機構４３のそれぞれで、ピストンアッセンブリ２０の上下方向の高さが適切に位置決めされた状態で、第１把持爪５２及び第２把持爪５３による把持動作が実行される。即ち、第１把持爪５２が開位置から閉位置に移動することにより、クランプシリンダ５１が配置される方向でトップリング２５、セカンドリング２６及びサードリング２７が挟み込まれる。また、第２把持爪５３が開位置から閉位置に移動することにより、クランプシリンダ５１が配置される方向に直交する方向でトップリング２５、セカンドリング２６及びサードリング２７が挟み込まれる。トップリング２５、セカンドリング２６及びサードリング２７は、４方向で挟み込まれることによって縮径した状態となる（図６に示す状態）。

このように、エンドエフェクタ４０は、把持機構４３のそれぞれが、第１把持爪５２及び第２把持爪５３によって４方向でピストンアッセンブリ２０を拘束することによって、複数のピストンアッセンブリ２０を同時に把持する。この状態で、コンロッド支持機構４５のバー部材７０がクランプ位置に移動し、コンロッド２２の姿勢が保持される（図１及び図２に示す状態）。

次に、エンドエフェクタ４０によって把持された複数のピストンアッセンブリ２０をスライダ治具ユニット６０に装填し、該スライダ治具ユニット６０を介してシリンダブロック１０に組み付ける工程について説明する。図７は、スライダ治具ユニット６０を介したピストンアッセンブリ２０のシリンダブロック１０への組付作業の流れを模式的に示した図である。図８は、シリンダブロック１０を模式的に示す図である。

スライダ治具ユニット６０について説明する。図７に示すように、スライダ治具ユニット６０には、シリンダボア１１に対応する複数の挿入孔６１が形成されており、この挿入孔６１を通じてピストンアッセンブリ２０がシリンダボア１１に挿入される。

本実施形態では、３つの挿入孔６１がスライダ治具ユニット６０に形成されている。図８に示すように、シリンダブロック１０には、複数のシリンダボア１１が形成されている。本実施形態では、シリンダボア１１が所定のバンク角で２列に配列されており、１列あたり３個のシリンダボア１１が合計６個配置されている。スライダ治具ユニット６０の挿入孔６１は、シリンダブロック１０におけるシリンダボア１１の位置に応じて設定される。また、挿入孔６１のそれぞれの端部には、第１把持爪５２及び第２把持爪５３に対応した切欠き（図示省略）が形成される。これにより、把持機構４３によってトップリング２５、セカンドリング２６及びサードリング２７を縮径したまま、スライダ治具ユニット６０にピストンアッセンブリ２０を装填することが可能になっている。

スライダ治具ユニット６０は、挿入孔６１の開口が水平方向を向いた状態で待機する。ロボット３０は、エンドエフェクタ４０を水平方向に向けた状態で、ピストンアッセンブリ２０をスライダ治具ユニット６０の挿入孔６１に装填する。コンロッド支持機構４５によって、コンロッド２２の姿勢が水平方向を向いた状態で維持されているので、スライダ治具ユニット６０への装填時に、コンロッド２２が挿入孔６１に入らない事態や、挿入孔６１の内側面に接触する事態が防止されている。また、スライダ治具ユニット６０は、挿入孔６１に形成される切欠きによってコンロッド支持機構４５との干渉が避けられるように構成されている。

また、本実施形態のスライダ治具ユニット６０には、コンロッド２２の位置を規制するための規制機構６２が挿入孔６１のそれぞれに設けられている。規制機構６２は、コンロッド２２の軸方向のガタを防止するための押さえ防止部６５と、コンロッド２２のシリンダボア１１の内周面への接触を防止する倒れ防止部６６と、からなる。

押え防止部６５は、挿入孔６１の内周面から径方向に進退可能な棒状に構成される。押え防止部６５は、その先端がコンロッド２２の軸部分の形状に応じて形成される。倒れ防止部６６は、挿入孔６１の内周面にから径方向に進退可能な棒状に構成される。本実施形態の倒れ防止部６６は、平面視及び側面視において、挿入孔６１で押さえ防止部６５の対向する位置に配置される。

スライダ治具ユニット６０は、複数の挿入孔６１のそれぞれにピストンアッセンブリ２０が挿入され、規制機構６２の押え防止部６５及び倒れ防止部６６によってコンロッド２２の姿勢が維持されると、駆動機構（図示省略）によって水平方向に前進する。そして、スライダ治具ユニット６０は、所定距離前進した後、上向き旋回し、更に前進してシリンダブロック１０の下面の一部に接触する。これによって、スライダ治具ユニット６０に形成される３個の挿入孔６１が３個のシリンダボア１１の同軸上に位置する状態となる。この状態で、シリンダボア１１へのピストンアッセンブリ２０の取付作業が行われる。本実施形態では、ピストンアッセンブリ２０のシリンダボア１１への挿入は、ピストンアッセンブリ２０の挿入方向とは反対方向から差し込まれるガイドロッド（図示省略）によって斜め上方に引き上げられるように行われる。

以上説明した本実施形態のエンドエフェクタ４０によれば、以下のような効果を奏する。本実施形態のエンドエフェクタ４０は、ピストンアッセンブリ２０を把持する把持機構４３がシリンダブロック１０のシリンダボア１１の位置に応じて並列配置される。把持機構４３は、把持機構４３が並列配置される配置方向で、ピストンアッセンブリ２０を挟持するように対向配置される第１把持爪５２と、配置方向に交差する方向で、ピストンアッセンブリ２０を挟持するように対向配置される第２把持爪５３と、を有する。そして、第１把持爪５２は、ピストンアッセンブリ２０を挟持していない状態で、ピストンアッセンブリ２０に接触する部分の反対側が、配置方向で隣接する第１把持爪５２のピストンアッセンブリ２０に接触する部分の反対側と、互い違いに嵌合するように形成される。

これにより、把持機構４３と把持機構４３の間隔が狭い場合であっても、第１把持爪５２の把持機構４３の配置方向における厚みを確保できる。従って、シリンダボア１１の間隔が狭いシリンダブロック１０へのピストンアッセンブリ２０の組付作業において、ピストンアッセンブリ２０間が狭くても、配置方向に十分な把持力を発揮し、ピストンアッセンブリ２０を確実に把持できる構成が実現できる。スライダ治具ユニット６０に並列配置される挿入孔６１の間隔は、シリンダブロック１０に並列配置されるシリンダボア１１の間隔に対応する必要がある。従って、シリンダボア１１の間隔が狭い場合は、スライダ治具ユニット６０の挿入孔６１の間隔も狭くなる。このような場合であっても、本実施形態のエンドエフェクタ４０であれば、十分な把持力を発揮した上で、間隔の狭い挿入孔６１のそれぞれに、ピストンアッセンブリ２０を同時に挿入することができるのである。

エンドエフェクタ４０は、把持機構４３を搖動可能にそれぞれ支持するフローティング機構４２を備える。把持機構４３は、ピストンアッセンブリ２０の上面に当接する当接部５５をそれぞれ有する。

これにより、把持機構４３で把持される前のピストンアッセンブリ２０の高さが整列していない場合や部品の公差が大きい場合であっても、当接部５５によって当接した後にフローティング機構４２によって高さの違いが吸収される。把持機構４３と該把持機構４３によって把持されるピストンアッセンブリ２０との位置関係が、それぞれ適切な位置に調節されるので、ピストンアッセンブリ２０の位置が把持機構４３ごとに異なる事態を効果的に防止できる。

エンドエフェクタ４０は、把持機構４３によって把持されたピストンアッセンブリ２０に取り付けられたコンロッド２２を支持するコンロッド支持機構４５を備える。

これにより、コンロッド２２付きのピストンアッセンブリ２０の組付作業においても、コンロッド２２がスライダ治具ユニット６０等の他の部材に接触する事態を確実に防止することができ、ピストンアッセンブリ２０のシリンダブロック１０への組付作業をよりスムーズに行うことができる。

以上、本発明のエンドエフェクタの好ましい一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。例えば、第１把持爪５２及び第２把持爪５３から凸部１１０を省略することもできる。第１把持爪５２及び第２把持爪５３の構成は事情に応じて適宜変更することができる。

上記実施形態では、把持機構４３が当接部５５を有する構成であるが、当接部５５を省略する構成としてもよい。また、コンロッド支持機構４５を省略することもできる。このように、上記実施形態の構成は、事情に応じて適宜変更可能である。

１０ シリンダブロック
１１ シリンダボア
２０ ピストンアッセンブリ
２１ ピストン
２２ コンロッド
４０ エンドエフェクタ
４２ フローティング機構
４３ 把持機構
４５ コンロッド支持機構
５２ 第１把持爪
５３ 第２把持爪
５５ 当接部

Claims (3)

1. ピストンを把持する把持機構がシリンダブロックのシリンダボアの位置に応じて並列配置されるエンドエフェクタであって、
   前記把持機構は、
   前記把持機構が並列配置される配置方向で、前記ピストンを挟持するように対向配置される第１把持爪と、
   前記配置方向に交差する方向で、前記ピストンを挟持するように対向配置される第２把持爪と、
   を有し、
   前記第１把持爪は、前記ピストンを挟持していない状態で、前記ピストンに接触する部分の反対側が、前記配置方向で隣接する前記第１把持爪の前記ピストンに接触する部分の反対側と、互い違いに嵌合するように形成されるエンドエフェクタ。
2. 前記把持機構を搖動可能にそれぞれ支持するフローティング機構を備え、
   前記把持機構は、前記ピストンの上面に当接する当接部をそれぞれ有する請求項１に記載のエンドエフェクタ。
3. 前記把持機構によって把持された前記ピストンに取り付けられたコンロッドを支持するコンロッド支持機構を備える請求項１又は２に記載のエンドエフェクタ。

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