JP6527326B2 - ワーク組立治具 - Google Patents

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本発明は、ワークのクランプとワークの被圧入部材に対する圧入とを一連の動作で行うことのできるワーク組立治具に関する。
従来、ワークを被圧入部材に圧入させる場合、被圧入部材を治具に所定に位置決めした状態でセットし、この被圧入部材に対しワークを、圧入治具等を用いて圧入させる。例えば特許文献1(特開2014−92201号公報)には、被圧入部材としてのデフケースに、ワークとしてのリングギヤを圧入させる技術が開示されている。
すなわち、同文献に開示されている技術では、先ず、デフケースをケース受け型にセットし、一方、リングギヤを押し型にセットする。そして、リングギヤに形成した圧入面をデフケースに形成したフランジの外周面に接するように位置決めし、その後、押し型にてリングギヤをフランジに圧入させる。
特開2014−92201号公報
ところで、被圧入部材に対するワークの圧入を自動化しようとした場合、上述したワークを被圧入部材に圧入する圧入装置以外に、部品供給ステーションにセットされているワークを被圧入部材まで搬送する搬送装置、及び、圧入完了後の一体化された、ワークと被圧入部材とを次工程へ搬送する搬送装置とが個別に必要になる。
このように、ワークの圧入を自動化しようとした場合、圧入過程の前後に搬送装置が個別に必要となり、設備費が嵩んでしまう不都合がある。又、各装置間でワークの受け渡しを行わなければならず、作業効率が悪く、サイクルタイムが長時間化してしまう不都合がある。
本発明は、上記事情に鑑み、設備費の高騰が抑制され、しかも、ワークの圧入過程前後の搬送過程を連続的に行うことを可能として、作業効率を大幅に改善し、サイクルタイムの短縮化を実現することのできるワーク組立治具を提供することを目的とする。
本発明によるワーク組立治具は、装置本体に取付けられる第1治具本体に、圧入部を有するワークをクランプするクランプ手段と、前記ワークの前記圧入部を、予めセットされている被圧入部材の被圧入部に圧入するワーク圧入手段とが設けられ、前記クランプ手段が前記第1治具本体から下方へ突出すると共に径方向へ拡開自在な複数のクランプ部材を有し、該各クランプ部材の下部に前記ワークを掛止するフック部が設けられ、前記ワーク圧入手段の下部に前記ワークに形成されている受部を押圧する押圧部が設けられ、又第2治具本体が前記被圧入部材を挿通して支持する芯出し部材を有し、前記第1治具本体の軸芯に前記芯出し部材に挿通して支持される規制支持部が設けられ、前記第1治具本体の前記規制支持部が前記芯出し部材に挿通された状態では、該第1治具本体と前記被圧入部材との軸芯が互いに離間した位置で一致されるワーク組立治具において、前記ワークの前記受部の前記押圧部が臨まされる方向に該受部方向へ狭窄するガイド面が形成されており、前記ワークと前記被圧入部材との軸芯は、前記押圧部が前記ワークを該被圧入部材の方向へ押圧する際に、前記ガイド面が該押圧部にて径方向へ押圧されて一致される
本発明によれば、ワークのクランプと、このワークを被圧入部材に圧入する動作とを一つの治具本体で行うことができるため、設備費の高騰が抑制されるばかりでなく、ワークの圧入過程前後の搬送過程を、1つの治具本体による一連の連続で行うことが可能となり、作業効率が大幅に改善され、その結果、サイクルタイムの短縮化を実現することができる。
デフケースの断面図 ワークが準備されている部品供給ステーションとワークを圧入する圧入ステーションの説明図 (a)は治具の正面図、(b)は治具の底面図 上治具の要部分解斜視図 下治具の断面図 デフケースに対するリングギヤの組立手順を示すフローチャート 下治具にデフケース本体をセットした状態の図5相当の断面図 リングギヤを受け取りに行く上治具の図3のVIII−VIII断面図 リングギヤに接触する上治具の図8相当の断面図 リングギヤをクランプした状態の上治具の図8相当の断面図 リングギヤを搬送する上治具の図8相当の断面図 リングギヤを下治具上まで搬送した状態を示す断面図 上治具と下治具との位置決め状態を示す断面図 リングギヤをデフケース本体に圧入する状態を示す断面図 デフケースを下治具から取り出した状態を示す断面図
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図1に示すように、デフケース1は、軸芯Oが一致された状態で組付けられている被圧入部材としてのデフケース本体2とワークとしてのリングギヤ3とを有し、軸芯Oを中心に回転自在にされている。又、デフケース本体2の内部に、図示しないデファレンシャル機構を収容するデフ室2aが形成され、更に、軸芯O上の両側にボス部2bが突出形成されている。この両ボス部2bの内周2cは同じ内径を有しており、デファレンシャル機構に連設するアクスル軸(図示せず)が回動自在に支持される。
又、デフケース本体2に設けた一方のボス部2b側の外周に、軸芯Oを中心とするケースフランジ面2dが形成されており、このケースフランジ面2dの内径側に、ケースフランジ面2dにほぼ直交して一方のボス部2b方向へ立設する被圧入部としての被圧入面2eが形成されている。
一方、リングギヤ3は第1斜面としての歯面3aを有し、この歯面3aは径方向へ下方傾斜されたハイポイドギヤやベベルギヤ等で形成されている。又、反歯面3a側には:ケースフランジ面2dに当接する当接面3bが形成されている。この当接面3bの外径はケースフランジ面2dの外径とほぼ同じサイズに形成されており、更に、この当接面3bの外縁にフック受部3cが段状に形成されている。
更に、リングギヤ3の内周には歯面3aの方向へ拡径するホルダガイド面3dが形成され、このホルダガイド面3dの下側に、受部としてのギヤフランジ面3eが形成され、このギヤフランジ面3eの内周に、デフケース本体2に形成されている被圧入面2eに圧入される圧入部としての圧入面3fが形成されている。リングギヤ3は、圧入面3fがデフケース本体2の被圧入面2eに圧入され、当接面3bがケースフランジ面2dに当接された状態で、デフケース本体2に溶接、カシメ、ボルト締め等で一体化される。尚、この圧入面3fの下端はR面取り加工、或いはC面取り加工が施されている。
又、リングギヤ3は、図2に示す部品供給ステーション11に設けた台座11a(図8参照)に予めセットされており、これを装置本体(図示せず)が受け取って隣接する圧入ステーション12へ搬送する。圧入ステーション12にはデフケース本体2がセットされており、搬送されたリングギヤ3をデフケース本体2に圧入する。
装置本体として本実施形態は、産業用ロボットのロボットアームRを採用しており、このロボットアームRの先端部に、部品供給ステーション11の台座11aにセットされているリングギヤ3をクランプするクランプ手段としての上治具21が取付けられている(図3参照)。一方、圧入ステーション12には、デフケース本体2を所定に位置決めした状態で保持する下治具31が設けられている。尚、図2に示す矢印は、ロボットアームRのアーム先端部に固設されている上治具21の動きを示している。
又、上治具21と下治具31とで、本発明のワーク組立治具が構成されている。但し、デフケース本体2に、後述するアームガイド面31dに相当する傾斜面が形成されている場合、これをアームガイド面31dの代用として利用すれば下治具31は不要となる。
図3、図4に示すように、上治具21は、第1治具本体としての円柱形状に形成された上治具本体21aを有し、この上治具本体21aの上部中央に形成された突部21bが、ロボットアームRのアーム先端部に固設される。部品供給ステーション11からのリングギヤ3の受け取り、圧入ステーション12への搬送、及び、リングギヤ3をデフケース本体2に装着するロボットアームRの一連の動作は、予め産業用ロボットにティーチングされている動作プログラムに従って行われる。尚、ロボットアームは周知であるため、図8以降ではロボットアームRのアーム先端の記載は省略する。
又、この上治具本体21aの中心に、規制支持部としての規制孔部21cが穿設されている。この規制孔部21cは、下治具31に立設されている、芯出し部材としての芯出しロッド31cに挿通されて位置決めされるものであり、その内径は、芯出しロッド31cの外径よりやや大きく、且つガタが発生しない程度のサイズに形成されている。
この上治具本体21aの底面に、ワーク圧入手段としてのホルダ部21dが形成されている。このホルダ部21dは、上治具本体21aの底面外周4カ所に等間隔に設けられており、その下端に、先端がR面取り加工された断面鋭角状の押圧部21eが形成されている。又、この上治具本体21aの直径D1は、リングギヤ3に形成したギヤフランジ面3eの内径D2(図1参照)よりもやや小さく形成されて(D1<D2)、押圧部21eがギヤフランジ面3eに当接するように設定されている。
更に、各ホルダ部21dに、下端が貫通されたスリット部21fが形成され、このスリット部21fに、クランプ部材としてのクランプアーム22の基端部がピン23を介して回動自在に支持されている。尚、ホルダ部21dは、上治具本体21aの外周に3カ所、或いは5カ所以上、等間隔に形成されていても良い。
クランプアーム22は、下部が内側へやや屈曲されたくの字状に形成されており、その下端内側にフック部22aが形成され、このフック部22aの先端部にR面取り加工された側面摺接部22bが形成され、この側面摺接部22bに連続する下端面に下端摺接面22cが形成されている。図4に示すように、この各クランプアーム22を支持するピン23には、ばね部材としてのトーションばね24が挿通されており、このトーションばね24の一端がクランプアーム22に掛止され、他端がホルダ部21dに掛止されて、各クランプアーム22を、第2治具本体としての下治具本体31aの中心軸方向、すなわち縮径方向へ常時付勢している。尚、図では省略しているが、スリット部21fには、各クランプアーム22を、図8に示すように、下端の下端摺接面22cがリングギヤ3の内周よりもやや広がった位置で停止させるストッパが設けられている。
一方、図5に示すように、圧入ステーション12に下治具31が固設されている。この下治具31に設けられた下治具本体31aは円柱形状をなし、内部に上方を開口するケース収容凹部31bが、軸芯Oを中心とする回転体状に形成されている。又、この下治具本体31aの上端に径方向に下方へ傾斜する第2斜面としてのアームガイド面31dが形成されている。ケース収容凹部31bにはデフケース本体2の下部が収容され(図7参照)。
更に、この下治具本体31aの軸芯O上に芯出しロッド31cが立設されている。この芯出しロッド31cに、デフケース本体2に形成されている両ボス部2bの内周2c、及びデフ室2aが、ケースフランジ面2d側を上部とした姿勢で挿通され、下側に位置するボス部2bの端面が、ケース収容凹部31bの底面に当接される。更に、このデフケース本体2の上側のボス部2bから突出されている芯出しロッド31cに上治具本体21aに穿設されている規制孔部21cが挿通される。従って、ケース収容凹部31bの底面から突出されている芯出しロッド31cは、少なくとも、規制孔部21cが芯出しロッド31cに挿通された際に、クランプアーム22にクランプされているリングギヤ3の圧入面3fが未だデフケース本体2の被圧入面2eに接触していない状態を確保できるだけの高さは必要となる。
又、ボス部2bの端面が、ケース収容凹部31bの底面に当接された状態では、ケースフランジ面2dが下治具本体31aの上端内周縁に対してやや後退し、或いは同一面となる。更に、この下治具本体31aの外径は、リングギヤ3の外径よりも大きく、又、図13、図14に示すように、リングギヤ3とデフケース本体2とが芯出しされた状態では、ケース収容凹部31bの上端がリングギヤ3のフック受部3cに臨まされる。
次に、リングギヤ3とデフケース本体2との組立手順について、図6に示すフローチャートに従って説明する。
[ステップS1]
産業用ロボットを動作させるに際し、先ず、図7に示すように、圧入ステーション12に設置されている下治具31の芯出しロッド31cに対し、デフケース本体2の両ボス部2bを、ケースフランジ面2dを上側にした姿勢で挿通する。すると、芯出しロッド31cの外径に対し、ボス部2bの内周2cが、ガタが生じない程度に若干大きく形成されているため、芯出しロッド31cの軸芯Oに対し、所定の誤差の範囲でデフケース本体2の軸芯Oが芯出しされる。
又、デフケース本体2の両ボス部2bを芯出しロッド31cに挿通すると、デフケース本体2の下部が、下治具本体31aに形成したケース収容凹部31bに収容れ、下側のボス部2bの端面が、ケース収容凹部31bの底面に当接して上下方向が位置出しされる。デフケース本体2が下治具本体31aに対して所定に位置出しされた状態では、ケースフランジ面2dがケース収容凹部31bの上端からやや後退した位置に臨まされる。
[ステップS2]
一方、産業用ロボットのロボットアームRに設けられたアーム先端部に固定されている上治具21は、制御ユニットに予め記憶されているティーチングプログラムに従い、図8に示すように、部品供給ステーション11の台座11aにセットされているリングギヤ3上に臨まされた後、下降して、クランプアーム22の下端に形成されている下端摺接面22cがリングギヤ3の歯面3aに接触する。すると、図9に示すように、上治具21の下降に伴い、下端摺接面22cが歯面3aの傾斜に沿って径方向へ、トーションばね24の付勢力に抗して拡開される。
その後、クランプアーム22が歯面3aの外周端に達すると、下端摺接面22cの内方に連続形成されている側面摺接部22bが、トーションばね24の付勢力を受けてリングギヤ3の外周面上を摺動してフック受部3c方向へ移動する。そして、側面摺接部22bがフック受部3cに達すると、トーションばね24の付勢力により、この側面摺接部22bがフック受部に入り込み、図10に示すように、側面摺接部22bに連続するフック部22aがフック受部3cに臨まされると、ロボットアームRは上治具21の下降を停止させる。
すると、図10に示すように、クランプアーム22のフック部22aがリングギヤ3のフック受部3cに掛止し、更に、クランプアーム22の、リングギヤ3の外周面に対向する部位が、この外周面を挟持してリングギヤ3をクランプする。
[ステップS3]
次いで、ロボットアームRが上治具21を上昇させると、図11に示すように、上治具21にクランプされたリングギヤ3が台座11aから乖離されて上昇され、隣接する圧入ステーション12(図2参照)へ移動される。その後、図12に示すように、圧入ステーション12に設けられた下治具31上に臨まされる。尚、図においては説明を容易にするために、リングギヤ3とクランプアーム22のフック部22aとを離して記載しているが、実際はフック部22aにフック受部3cが掛止されている。又、上述したステップS2、及びステップS3の前半部分が、本発明の第1過程に対応し、又、ステップS3の後半部分が、本発明の第2過程に対応している。
[ステップS4]
その後、ロボットアームRは上治具21を下治具31の方向へ下降させる。すると、図12に一点鎖線で示すように、リングギヤ3の圧入面3fがデフケース本体2の被圧入面2eに差し掛かる前に、上治具本体21aの中央に穿設されている規制孔部21cが、下治具本体31aの中央に立設されている芯出しロッド31cに挿通される。この規制孔部21cの内径は芯出しロッド31cの外径より若干大きく、且つガタが発生しない程度に形成されているため、規制孔部21cが芯出しロッド31cに挿通されることで、上治具21の軸芯O(図3(b)参照)とデフケース本体2の軸芯Oとが所定誤差範囲で一致される。
そして、図13に示すように、リングギヤ3の圧入面3fの下端がデフケース本体2の被圧入面2eの上端に係合すると、圧入抵抗によりリングギヤ3は被圧入面2eの上端に載置されたまま下降を停止し、上治具21のみが下降を継続する。その結果、上治具本体21aのホルダ部21d下端に形成されている比較的鋭角な押圧部21eがリングギヤ3の内周に形成されているホルダガイド面3dに臨まされ、一方、クランプアーム22はフック受部3cから離間して下方へ移動される。
その際、上治具21が更に下降するに際し、リングギヤ3の中心が上治具本体21aの軸芯Oから大きくずれている場合、すなわち、ギヤフランジ面3eの内径D2と上治具本体21aの直径D1との差分Δ(D2−D1)以上ずれている場合、ホルダ部21dの下端に形成した押圧部21eがリングギヤ3の次第に狭窄するホルダガイド面3dに干渉し、リングギヤ3を径方向へ移動させて、その中心を上治具本体21aの軸芯Oに徐々に一致させる。
一方、その間、クランプアーム22は、その下端摺接面22cが下治具本体31aの上面に形成されているアームガイド面31dに当接し、上治具本体21aの下降に従い、アームガイド面31dの斜面に沿い、トーションばね24の付勢力に抗して次第に拡径される。
[ステップS5]
その後、ホルダ部21dの下端に形成した押圧部21eが、リングギヤ3の圧入面3fの上端に形成されているギヤフランジ面3eに接触すると、上治具本体21aの下降に伴い、ギヤフランジ面3eを押圧する。その際、リングギヤ3の内周に形成した圧入面3fとデフケース本体2に形成されている被圧入面2eとが多少ずれていても、圧入面3fの下端がR面取り加工、或いはC面取り加工が施されているため、リングギヤ3が圧入される際に、デフケース本体2の被圧入面2eに嵌合するようにガイドされて修正される。従って、リングギヤ3の圧入面3fがデフケース本体2の被圧入面2eに無理な姿勢、すなわち、軸芯Oに対して傾斜した姿勢で圧入されてしまうことはない。
そして、上治具本体21aの下降に従い、押圧部21eがギヤフランジ面3eを押圧し、圧入面3fをデフケース本体2の被圧入面2eに圧入させる。尚、デフケース本体2が受けるリングギヤ3からの押圧力は、デフケース本体2に設けた下側のボス部2bの端面が下治具本体31aに形成したケース収容凹部31bの底面に当接されているため、下治具本体31aからの反力で受け止められる。
その間、クランプアーム22は、その下端に形成した下端摺接面22cがアームガイド面31dの傾斜に沿い、トーションばね24の付勢力に抗して摺動し、次第に拡径され、フック部22aがリングギヤ3のフック受部3cから径方向へ拡開して逃がされる。
その後、図14に示すように、押圧部21eの押圧によりリングギヤ3の底面に形成した当接面3bが、デフケース本体2に形成したケースフランジ面2dに当接して、圧入が完了すると、ロボットアームRによる上治具21の下降動作を停止する。尚、上述したステップS4,S5が、本発明の第3過程に対応している。
[ステップS6]
次いで、ロボットアームが上治具21を上昇させる。すると、クランプアーム22が下治具本体31aの下端摺接面22cに沿い、トーションばね24の付勢力を受けて縮径し、フック部22aが、下端摺接面22cとリングギヤ3のフック受部3cとの間に臨まされて、リングギヤ3をクランプする。
そして、上治具21が更に上昇すると、図15に示すように、クランプアーム22によってクランプされているリングギヤ3、及び、このリングギヤ3が圧入されているデフケース本体2が、芯出しロッド31cに沿って上昇し、下側のボス部2bの下端が芯出しロッド31cから抜かれる。
[ステップS7]
その後、ロボットアームRは、上治具21にクランプされているリングギヤ3、及び、このリングギヤ3に圧入されているデフケース本体2を次工程へ移動させて、圧入過程を終了する。尚、次工程では、リングギヤ3をデフケース本体2に対し、溶接、カシメ、ボルト締め等の手段を用いて一体化し、デフケース1を完成させる。又、次工程に、リングギヤ3、及びデフケース本体2を搬送したロボットアームRは初期位置に戻される。尚、上述したステップS6,S7が、本発明の第4過程に対応している。
このように、本実施形態によれば、組立装置として採用する産業用ロボットのロボットアームRに上治具21を固設し、この上治具21にリングギヤ3をクランプするクランプアーム22と、リングギヤ3をクランプアーム22にクランプさせたままデフケース本体2に圧入させる押圧部22eとを設けたので、一台のロボットアームRの一連の連続動作にて、リングギヤ3をデフケース本体2まで搬送する過程と、圧入過程と、圧入後の一体化されたリングギヤ3及びデフケース本体2を次工程へ搬送する搬送過程とを、連続的に行うことが可能となる。その結果、作業効率が大幅に改善され、サイクルタイムの短縮化を実現することができる。
更に、一台の装置で上述した各過程を連続的に行うことができるため、設備費の高騰を抑制することができるばかりでなく、省スペース化を実現することができる。
尚、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えば組立装置は産業用ロボットに限定されず、ワークの移送、及び圧入が可能なものであれば、リングギヤ3と下治具31とが交互に移送されるライン上に、アクチュエータを固設し、アクチュエータで上治具21を所定に昇降させることで、リングギヤ3をデフケース本体2に圧入するようにしても良い。
更に、デフケース本体2に下治具31のアームガイド面31dに相当する傾斜面が形成されていれば、これをアームガイド面31dの代用として用いることで、下治具31を芯出しロッド31cのみで構成することが可能となり、構造のより一層の簡素化を実現することができる。又、ワークと被圧入部材は、リングギヤ3とデフケース本体2に限定されるものではない。
1…デフケース、
2…デフケース本体、
2b…ボス部、
2c…内周、
2d…ケースフランジ面、
2e…被圧入面、
3…リングギヤ、
3a…歯面、
3b…当接面、
3c…フック受部、
3d…ホルダガイド面、
3e…ギヤフランジ面、
3f…圧入面、
11…部品供給ステーション、
12…圧入ステーション、
21…上治具、
21a…上治具本体、
21c…規制孔部、
21d…ホルダ部、
21e…押圧部、
22…クランプアーム、
22a…フック部、
22b…側面摺接部、
22c…下端摺接面、
24…トーションばね、
31…下治具、
31a…下治具本体、
31b…ケース収容凹部、
31c…芯出しロッド、
31d…アームガイド面、
D1…直径、
D2…内径、
O…軸芯、
R…ロボットアーム

Claims (4)

  1. 装置本体に取付けられる第1治具本体に、
    圧入部を有するワークをクランプするクランプ手段と、
    前記ワークの前記圧入部を、予めセットされている被圧入部材の被圧入部に圧入するワーク圧入手段と
    が設けられ、
    前記クランプ手段が前記第1治具本体から下方へ突出すると共に径方向へ拡開自在な複数のクランプ部材を有し、該各クランプ部材の下部に前記ワークを掛止するフック部が設けられ、
    前記ワーク圧入手段の下部に前記ワークに形成されている受部を押圧する押圧部が設けられ、
    又第2治具本体が前記被圧入部材を挿通して支持する芯出し部材を有し、
    前記第1治具本体の軸芯に前記芯出し部材に挿通して支持される規制支持部が設けられ、
    前記第1治具本体の前記規制支持部が前記芯出し部材に挿通された状態では、該第1治具本体と前記被圧入部材との軸芯が互いに離間した位置で一致されるワーク組立治具において、
    前記ワークの前記受部の前記押圧部が臨まされる方向に該受部方向へ狭窄するガイド面が形成されており、
    前記ワークと前記被圧入部材との軸芯は、前記押圧部が前記ワークを該被圧入部材の方向へ押圧する際に、前記ガイド面が該押圧部にて径方向へ押圧されて一致される
    ことを特徴とするワーク組立治具。
  2. 前記クランプ手段は、前記各クランプ部材を縮径方向へ付勢するばね部材を有し、
    前記各クランプ部材の下部に、前記ワークの上面に形成された径方向へ下方傾斜する第1斜面に接触して前記第1治具本体の下降に伴い、該クランプ部材を拡径させる摺接面が設けられている
    ことを特徴とする請求項1記載のワーク組立治具。
  3. 前記芯出し部材が前記第2治具本体に立設されたロッドであり、
    前記第2治具本体の上部に、前記クランプ部材に設けた前記摺接面が摺接されると共に径方向へ下方傾斜する第2斜面が設けられている
    ことを特徴とする請求項2記載のワーク組立治具。
  4. 前記押圧部は、前記クランプ部材が前記ワークを掛止している状態では、前記受部に対して所定距離離間している
    ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のワーク組立治具。
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