WO2016103384A1

WO2016103384A1 - 部品組付方法

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Publication number: WO2016103384A1
Application number: PCT/JP2014/084264
Authority: WO
Inventors: 渡辺　英樹; 修美岡本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2014-12-25
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2017-06-25

Abstract

　ハンド（１０）で把持しているクランクシャフト（Ｓ）をハンド（１０）の下降動作によりシリンダブロック（Ｂ）の軸受部（Ｑ）に組み付ける際に、ハンド（１０）のうち把持しているクランクシャフト（Ｓ）の各メインジャーナル部（Ｊ）よりも上方位置に注油ノズル（１６）を設けておく。ハンド（１０）の下降動作の末期にその下降速度を急減速させて、注油ノズル（１６）が保有している潤滑油をハンド（１０）の急減速に伴う慣性力によってクランクシャフト（Ｓ）の各メインジャーナル部（Ｊ）に滴下する。これにより、シリンダブロック（Ｂ）に対するクランクシャフト（Ｓ）の組付動作サイクル内において、瞬時に且つ正確にクランクシャフトの各メインジャーナル部（Ｊ）に注油することができる。

Description

部品組付方法

　本発明は、相手側部品に対して組付対象部品を組み付ける部品組付方法に関し、特に支持手段に支持されている組付対象部品を相手側部品に組み付ける際に、当該組付対象部品に潤滑油の滴下による注油が必要な場合の部品組付方法に関する。

　自動車用エンジンの組立工程において、例えばエンジンの母体となるシリンダブロックに対してクランクシャフトを組み付ける作業を自動化した技術が特許文献１に開示されている。この特許文献１に記載された技術では、搬送ユニットで支持したクランクシャフトを、その下方で天地反転させた状態で待機しているシリンダブロックに組み付けるにあたり、クランクシャフト側のジャーナル部の軸受支持に必要な軸受メタルまでも実質的にクランクシャフトと一体的に相手側となるシリンダブロックに対して組み付けるようにしたものである。

　そして、上記クランクシャフトの組付工程あるいはエンジン組立が一段と進捗した後工程において、クランクシャフトを回転させて軸受支持部にて摺動させることがあるため、摺動部に傷が発生しないように予め注油して摺動部に適量の潤滑油を滴下しておく必要がある。

　そこで、シリンダブロックに対してクランクシャフトを組み付ける直前に、シリンダブロックの軸受部またはクランクシャフトのジャーナル部に注油ノズルにて注油する試みがなされている。

　なお、上記エンジンの自動組立工程に採用されているものではないが、注油量の均一化を図る注油（給油）方法として特許文献２，３に記載されたものが提案されている。

　しかしながら、上記エンジンの自動組立工程での注油方法では、シリンダブロックの軸受部またはクランクシャフトのジャーナル部に対する注油作業を、自動化された上記クランクシャフトの組付工程内でいわゆるインラインにて行うことになるので、その分だけサイクルタイムが長くなり、それによって生産性の低下が余儀なくされることとなって好ましくない。

　また、特許文献２に記載された技術では、少量の潤滑油をいわゆる玉状に飛ばすためにノズル内にばね付勢式のチェック弁を設けているため、ポンプを起動してから実際に玉状の潤滑油が飛び出すまでに時間がかかり、迅速化が要求される注油作業には対応困難である。

　さらに、特許文献３に記載された技術では、ノズルから送り出されるオイルのうち表面張力により膨らんだ部分に連続走行している搬送チェーンのような相手側部材を触れさせて注油する方式であるため、ノズルと相手側部材とのギャップ調整に時間がかかるほか、特許文献２に記載された技術と同様に迅速化が要求される注油作業には対応困難であり、特許文献２，３に記載された技術はいずれもエンジンの自動組立工程には採用し難いものである。

特許第３６５０２１９号公報特開平７－９８０９３号公報特開２０００－１６８９３７号公報

　本発明は、以上のような従来技術の問題点に着目してなされたものであり、上記エンジンの自動組立工程に代表されるように、支持手段で支持した組付対象部品を当該支持手段の下降動作をもって組付対象部品の下方で待機している相手側部品に組み付けるにあたり、きわめて短時間のうちに適量の潤滑油を正確に注油できるようにした方法を提供することを目的とするものである。

　この目的のため本発明では、支持手段で支持した組付対象部品を支持手段の下降動作により組付対象部品の下方で待機している相手側部品に組み付けるにあたり、上記支持手段のうち当該支持手段で支持した組付対象部品よりも上方位置に注油ノズルを設けておき、上記支持手段の下降動作の末期にその下降速度を急減速させて、上記注油ノズルが保有している潤滑油を上記急減速に伴う慣性力によって組付対象部品に滴下するようにしたものである。

　かかる本発明によれば、実質的に支持手段の下降動作中に注油ノズルからの組付対象部品に対する注油が行われることになるので、上記部品組付動作のサイクルタイムとして潤滑油の注油時間を考慮する必要がない。そのため、上記注油作業を含んだ支持手段の下降動作に基づく部品組付作業を１サイクルとした場合に、そのサイクルタイムを大幅に短縮化でき、自動化された組立設備でもサイクルタイムの冗長化による生産性の低下を招くことがない。

本発明に係る部品組付方法を実施するための第１の形態を示す図で、自動車用エンジンのシリンダブロックにクランクシャフトを組み付ける組立設備の概略を示す斜視図。図１に示すクランクシャフトを含むハンドとシリンダヘッドとの関係を示す拡大図。図２の右側面説明図。潤滑油供給装置による潤滑油供給系統を示す説明図。ハンドの下降速度と潤滑油塗布タイミング、およびシリンダブロックに対するハンド側のクランクシャフトＳの機械的な相対位置関係との相関を示すタイムチャート。比較例として本実施の形態のようなハンド下降時の急減速による慣性力を利用しない場合の潤滑油の滴下時の挙動を示す説明図。本実施の形態での潤滑油の滴下時の挙動を示す説明図。潤滑油の下面広がり時の挙動を示す拡大説明図。

　図１～８は本発明に係る部品組付方法を実施するためのより具体的な形態を示し、特に図１は自動車用エンジンの組立工程の一部としてシリンダブロックＢにクランクシャフトＳを組み付ける工程の組立設備の概略を示している。故に、クランクシャフトＳが組付対象部品となり、シリンダブロックＢが相手側部品となる。なお、図１では直列４気筒タイプのシリンダブロックＢおよびクランクシャフトＳについて例示している。

　図１に示すように、フロアＦ上に立設された機枠２の上に互いに平行な一対のＹ軸スライドガイド機構３が図示を省略したスライド駆動機構と共に設けられていると共に、それら一対のＹ軸スライドガイド機構３のスライダ４の上に両者に跨るかたちでＸ軸スライドガイド機構５が図示を省略したスライド駆動機構と共に設けられている。さらに、Ｘ軸スライドガイド機構５のスライダ６にＺ軸スライドガイド機構７が図示を省略したスライド駆動機構と共に設けられていて、そのＺ軸スライドガイド機構７のスライダ８にはブラケット９が固定されている。

　これらのＹ軸スライドガイド機構３とＸ軸スライドガイド機構５およびＺ軸スライドガイド機構７の三者によりＸ，Ｙ，Ｚ方向のそれぞれの自由度を有する搬送母機として直交３軸型のロボット１が構築されていて、Ｚ軸スライドガイド機構７のスライダ８に付帯するブラケット９には支持手段としてのロボットハンド（以下、単にハンドと言う。）１０が装着されている。そして、後述するようにハンド１０は組付対象部品としてのクランクシャフトＳを把持することになる。

　機枠２の内側にはパレット式の搬送装置１１が設けられている。この搬送装置１１では、クランクシャフトＳが組み付けられることになる相手側部品としてのシリンダブロックＢが位置決め載置されたパレット１１ａと、付帯部品としてのベアリングキャップＣ等が載置されたパレット１１ｂと、が直列に並べられたかたちで前工程から搬入されて所定位置に位置決めされるようになっている。なお、パレット１１ａ上のシリンダブロックＢは、クランクシャフトＳを受容するクランク室が上向きとなるようにいわゆる天地を反転させた姿勢で位置決めされている。

　図２は図１に示すクランクシャフトＳを含むハンド１０とシリンダヘッドＢとの関係を示す拡大図であり、また図３は図２の右側面説明図を示している。

　ハンド１０は、図１のほか図２，３に示すように、いわゆる二指把持タイプの二組のグリッパ１１が長手方向に並設されたツイングリッパタイプのものであり、クランクシャフトＳの長手方向に幾つか並んで設けられている軸状部としてのメインジャーナル部Ｊ，Ｊ…のうち二箇所のメインジャーナル部Ｊを把持部として当該クランクシャフトＳを把持することになる。より具体的には、ロボット１自体の自律動作により、ハンド１０は図示しない待機位置にあるクランクシャフトＳを把持したならば、そのクランクシャフトＳをシリンダブロックＢの真上まで搬送し、下方で待機しているシリンダブロックＢに対して組み付けることになる。

　なお、図２，３の符号１２は各グリッパ１１を開閉動作させるための直動型のアクチュエータを示している。また、符号ＷはクランクシャフトＳのカウンタウエイト部を、符号ＱはシリンダブロックＢ側の軸受部（軸受メタル）をそれぞれ示している。そして、後述するように、シリンダブロックＢ側の軸受部ＱにクランクシャフトＳ側のメインジャーナル部Ｊが着座するように、その軸受部ＱにてクランクシャフトＳ側のメインジャーナル部Ｊを受容することになる。

　図１～３に示すハンド１０は、シリンダブロックＢに対してクランクシャフトＳを組み付ける際に、シリンダブロックＢとの摺動部となるクランクシャフトＳ側のメインジャーナル部Ｊに潤滑油を滴下する機能を有しており、ハンド１０は図１に示すように潤滑油供給装置１３と配管１４にて接続されている。

　図２，３に示すように、ハンド１０には二つのグリッパ１１にまたがるようにして長尺なホルダプレート１５が横架されていて、ホルダプレート１５には長手方向に沿って潤滑油滴下のための複数の注油ノズル１６が下向きに配置されている。

　本実施の形態では、クランクシャフトＳのうちシリンダブロックＢ側の軸受部（軸受メタル）Ｑに着座して当該軸受部Ｑと摺動することになる軸状部としてのメインジャーナル部Ｊに潤滑油を滴下するために、ホルダプレート１５のうちクランクシャフトＳ側の複数のメインジャーナル部Ｊに対応する位置にそれぞれに注油ノズル１６を設けてある。つまり、ホルダプレート１５の長手方向に沿って複数の注油ノズル１６が直列に設けられていて、各メインジャーナル部Ｊの軸直角断面での円筒外周面のうち位置的に最も高い上部側の頂部相当位置を注油ノズル１６の先端開口部が指向するようにそれぞれの注油ノズル１６の位置を設定してある。

　図４は図１に示した潤滑油供給装置１３による潤滑油供給系統を示している。潤滑油供給装置１３は所定の潤滑油が貯留された潤滑油タンク１７とポンプ１８とから構成されていて、ポンプ１８の起動により潤滑油タンク１７内の潤滑油がそれぞれの注油ノズル１６に向けて配管１４およびクイックジョイント１９を介して圧送されるようになっている。また、ホルダプレート１５は長手方向に共通油路１５ａを有する中空状のものとして形成されていて、この共通油路１５ａから分岐するかたちでそれぞれの注油ノズル１６が下向きでホルダプレート１５に接続されている。

　したがって、このように構成された組立設備では、図１に示すようにロボット１のハンド１０が把持しているクランクシャフトＳと、その下方で待機しているシリンダブロックＢとの相対位置決めがロボット１の自律動作により予めなされている。そこで、ハンド１０が把持しているクランクシャフトＳをハンド１０ごと下降させて（いわゆるアプローチ動作）、クランクシャフトＳ側のメインジャーナル部ＪがシリンダブロックＢの各軸受部Ｑに着座するよりも所定量手前位置にてハンド１０の下降動作を停止させる。

　その際に、ハンド１０が停止するのとほぼ同時に、または、わずかに遅れて、各注油ノズル１６からそれぞれのメインジャーナル部Ｊの上面側に向けて所定量の潤滑油を滴下する。滴下された潤滑油は図８に示すように自重により瞬時に上面広がりとしてメインジャーナル部Ｊの長手方向および円周方向に塗り広げられるとともに、メインジャーナル部Ｊの側面側の外周面を伝い落ちることで下面広がりとして当該メインジャーナル部Ｊの外周面の下面側まで広い範囲に塗り広げられることになる。さらに、そのメインジャーナル部Ｊが着座することになるシリンダブロックＢ側の軸受部Ｑにも一部の潤滑油が伝い落ちることになる。

　ここで、上記メインジャーナル部Ｊに対する注油ノズル１６からの潤滑油の滴下タイミングについてもう少し詳しく説明する。

　図５は、ハンド１０の下降速度と潤滑油塗布タイミング、およびシリンダブロックＢに対するハンド１０側のクランクシャフトＳの機械的な相対位置関係との相関を示している。同図に示すように、ハンド１０は下降開始位置Ｐ１から急加速で加速し、所定速度に到達したならば、下降開始位置Ｐ１と下降停止位置Ｐ２との間の中間位置Ｐ２では定速にて下降動作を継続させる。その後、下降停止位置Ｐ３の所定量手前位置にて急減速させて、最終的にはクランクシャフトＳ側の各メインジャーナル部Ｊが相手側となるシリンダブロックＢの各軸受部Ｑに着座するよりも所定量手前の下降停止位置Ｐ３にて静止状態をもって停止させるものとする。ハンド１０を急加速および急減速させる際の加減速度は例えば１Ｇ程度とする。

　そして、ハンド１０を急減速させるのとほぼ同時に図１，４に示した潤滑油供給装置１３のポンプ１８を所定時間だけ起動させ、図４に示した配管１４やホルダプレート１５の共通通路１５ａ内に充満している潤滑油を所定の加圧状態とする。ただし、かかる所定の加圧状態をもってしても各注油下ノズル１６の先端開口部から潤滑油が押し出されることがないようにポンプ１８の加圧力を調整しておくものとする。

　そして、下降停止位置Ｐ３の直前でのハンド１０の急減速に伴う慣性力によって、各注油ノズル１６からその下方で待機しているクランクシャフトＳの各メインジャーナル部Ｊに潤滑油を所定量だけ滴下させるものとする。したがって、ハンド１０が下降停止位置Ｐ３にて停止するのとほぼ同時に、または、それよりもわずかに遅れて、各メインジャーナル部Ｊには必ず所定量の潤滑油が滴下されることになる。

　この場合において、図８にも示すように、それぞれのメインジャーナル部Ｊの軸直角断面での円筒外周面のうち位置的に最も高い上面側の頂部相当位置に注油ノズル１６から潤滑油を滴下することになるので、滴下された潤滑油は自重により上面広がりとしてメインジャーナル部Ｊの上面側に広がりつつ、そのメインジャーナル部Ｊの側面側の外周面を伝い落ちることで、下面広がりとして当該メインジャーナル部Ｊの外周面の下面側に向かって広い範囲に塗り広げられることになるとともに、そのメインジャーナル部Ｊが着座することになるシリンダブロックＢ側の軸受部Ｑにも一部の潤滑油が伝い落ちることになる。

　そのため、ハンド１０が停止した後に当該ハンド１０のグリッパ１１による把持からクランクシャフトＳを開放して、それぞれのメインジャーナル部Ｊを相手側となるシリンダブロックＢの軸受部Ｑに着座させた場合に、両者の間には必ず潤滑油が介在していることになる。これにより、その後の組付過程においてクランクシャフトＳを回転させたとしても、相対的な摺動部であるシリンダブロックＢ側の軸受部ＱやクランクシャフトＳのメインジャーナル部Ｊに傷を付けてしまうようなことがなくなる。

　図６は比較例として、上記実施の形態のようなハンド下降時の急減速による慣性力を利用しない場合の潤滑油の滴下時の挙動を示していて、図７は上記実施の形態での潤滑油の滴下時の挙動を示している。図６，７共に、メインジャーナル部Ｊよりも距離ｈだけ上方に位置する注油ノズル１６からポンプ１８の始動によって潤滑油を滴下する場合の例である。

　比較例である図６の（Ｂ）の滴下開始時には、潤滑油の油滴Ｄ_Oの初速Ｖ₀₁はＶ₀₁＝０であり、表面張力の作用の影響もあって実際の滴下開始タイミングの遅延が不可避となる。また、同図（Ｃ）の滴下中を経て同図（Ｄ）のように油滴Ｄ_Oがメインジャーナル部Ｊに到着した場合、油滴Ｄ_Oがメインジャーナル部Ｊに到着するまでに要する到着時間をｔ₁、その際の到着時速度をＶｔ₁とすると、同図（Ｅ）の油滴Ｄ_Oの上面拡がりを経て同図（Ｆ）の油滴Ｄ_Oの下面広がりに至った場合には、上記到着時速度Ｖｔ₁と同等の流速をもって図８のように油滴Ｄ_Oの下面広がりが進行するものと推測される。

　その一方、本実施の形態である図７の（Ｂ）の滴下開始時には、潤滑油の油滴Ｄ_Oの初速Ｖ₀₂はＶ₀₂＝０ではなく、ハンド１０の急減速に基づく慣性力に応じた所定の下降速度を初速として有しており、それ故に、実質的に表面張力の作用の影響も無視することができる。このように、油滴Ｄ_Oの滴下開始時に初速Ｖ₀₂を有することで、図７では図６の（Ｃ）の滴下中に要する時間や図６の（Ｅ）のような油滴Ｄ_Oの上面広がりに要する時間は実質的に無視することができる。

　その後、図７の（Ｃ）のように油滴Ｄ_Oがメインジャーナル部Ｊに到着した場合、油滴Ｄ_Oがメインジャーナル部Ｊに到着するまでに要する到着時間をｔ₂、その際の到着時速度をＶｔ₂とすると、同図（Ｃ）の油滴Ｄ_Oの上面拡がりを経て同図（Ｄ）の油滴Ｄ_Oの下面広がりに至った場合には、上記到着時速度Ｖｔ₂と同等の流速をもって油滴Ｄ_Oの下面広がりが進行するものと推測される。

　ここで、上記到着時間ｔ₁およびｔ₂は、共にｔ₁およびｔ₂をｔに置き換えた下記（１）式にて表される。

　ｔ＝√（２ｈ／ｇ）＋ｔｄ‥‥（１）
　なお、ｔｄはポンプ１８が起動してから実際に吐出が開始されるまでの遅延時間である。

　そして、図６と図７とについて、油滴Ｄ_Oの滴下開始時の初速初速Ｖ₀₁，Ｖ₀₂と到達時時間度Ｖｔ₁，Ｖｔ₂、および到達時間ｔ₁，ｔ₂とをそれぞれ比較した場合、Ｖ₀₂＞＞Ｖ₀₁であるとともに、Ｖｔ₂＞＞Ｖｔ₁であり、且つｔ₂＜＜ｔ₁の関係となる。そのため、ハンド１０の急減速に基づく慣性力を利用している本実施の形態では、潤滑油の油滴Ｄ_Oの滴下時間そのものを大幅に短縮できることになる。

　このように本実施の形態によれば、ハンド１０が把持したクランクシャフトＳをその下方で待機しているシリンダブロックＢに組み付ける際に、ハンド１０の下降動作末期の急減速に伴う慣性力を利用して潤滑油を滴下するようにしているので、上記のように潤滑油の滴下時間そのものを大幅に短縮できることはもちろんのこと、一連の組付動作のなかに潤滑油の滴下に必要な動作や時間を考慮する必要がなくなり、自動組立を遂行する際のサイクルタイムの短縮化が図れるようになる。そのため、生産性の低下を招くことがない。

　また、上記のようにハンド１０の下降動作末期の急減速に伴う慣性力を利用して潤滑油を滴下するようにしているので、複数の注油ノズル１６がほぼ同時に且つ確実に滴下可能であり、特定の注油ノズル１６での滴下不良も発生することがない。

　ここで、上記実施の形態では、図１，４に示した潤滑油供給装置１３における潤滑油タンク１７内の潤滑油をポンプ１８にて圧送するようにしているが、ポンプ１８は必ずしも必要としない。例えば、ポンプ１８に代えて、密閉された潤滑油タンク１７内において潤滑油占有空間以外の空間を常時所定の圧力で加圧できる手段を備えていても良い。また、潤滑油タンク１７が常にハンド１７よりも上方位置にある配置関係にあれば、ポンプ１８や上記加圧手段も廃止することが可能である。

　さらに、上記実施の形態では、ハンド１０が把持したクランクシャフトＳのメインジャーナル部Ｊに対応する位置にそれぞれ注油ノズル１６を配置して、その注油ノズル１６から各メインジャーナル部Ｊに向けて潤滑油を滴下するようにしているが、本発明はこの態様のみに限定されるものではない。

　例えば、ハンド１０が把持したクランクシャフトＳのメインジャーナル部Ｊに対応する位置だけでなく、クランクシャフトＳのうち図示外のコネクティングロッドとの連結部として当該コネクティングロッドと摺動することになるピンジャーナル部に対応する位置にもそれぞれ注油ノズルを配置して、各メインジャーナル部Ｊに向けて潤滑油を滴下するのと同時に、各ピンジャーナル部に向けて潤滑油を滴下することもできる。

　加えて、上記実施の形態では、自動車用エンジンのシリンダブロックＢに対してクランクシャフトＳを組み付ける場合を例にとって説明したが、本発明の適用範囲はこれのみに限定されない。例えば、所定の機械要素の組み立てにおいて、組付対象部品を相手側部品に組み付ける際にその組付対象部品に潤滑油の滴下による注油が必要なあるゆる場合に適用することができる。

Claims

　支持手段で支持した組付対象部品を支持手段の下降動作により組付対象部品の下方で待機している相手側部品に組み付けるにあたり、
　上記支持手段のうち当該支持手段で支持した組付対象部品よりも上方位置に注油ノズルを設けておき、
　上記支持手段の下降動作の末期にその下降速度を急減速させて、上記注油ノズルが保有している潤滑油を上記急減速に伴う慣性力によって組付対象部品に滴下するようにした部品組付方法。
　上記組付対象部品のうち潤滑油の滴下が必要な部位は円筒状の軸状部であり、この軸状部の外周面の上部側に潤滑油を滴下するようにした請求項１に記載の部品組付方法。
　上記組付対象部品はその軸状部を相手側部品の軸受部に対し着座するように組み付けるものであって、
　上記組付対象部品の着座タイミングと相前後して上記軸状部の外周面の上部側に潤滑油を滴下するようにした請求項２に記載の部品組付方法。
　上記組付対象部品は長手方向の複数箇所に円筒状の軸状部を有しているとともに、支持手段側にはそれぞれの軸状部に対応する注油ノズルが個別に設けられていて、
　各注油ノズルからの潤滑油の滴下が一斉に行われるようになっている請求項３に記載の部品組付方法。
　上記相手側部品が内燃機関のシリンダブロックであり、上記組付対象部品が上記軸状部として複数のジャーナル部を有するクランクシャフトである請求項４に記載の部品組付方法。
　上記支持手段は搬送母機であるロボットのロボットハンドであって、
　上記急減速を伴うロボットハンドの下降動作はロボットの自律動作によってなされるものである請求項請求項１～５のいずれか一つに記載の部品組付方法。