JP4603733B2 - 位置決めクランプ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパネル材を所定の位置に位置決めして固定するための位置決めクランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車車体は複数のパネル材をスポット溶接により接合することで形成されており、スポット溶接する際には、自動車車体を構成する種々のパネル材を位置決めしてクランプする必要がある。そのため、自動車生産ラインに配置された溶接ステージには、複数の位置決めクランプ装置が取り付けられ、搬送されるパネル材を溶接ステージ上に位置決めクランプしている。また、産業用ロボットのロボットアームの先端に位置決めクランプ装置が取り付けられ、位置決めクランプ装置によってパネル材を位置決めクランプし、ロボットアームを作動させることにより所定の位置にパネル材を配置している。
【０００３】
いずれの場合にあっても、従来の位置決めクランプ装置は、ワークであるパネル材に形成された位置決め孔に嵌合するロケートピンを有し、そのロケートピンを位置決め孔に嵌合させることによってパネル材を位置決めするようにしている。また、パネル材をクランプするために、ロケートピンに形成されたスリット内にクランプアームを組み込み、パネル材をクランプする際にはクランプアームをスリット内から迫り出させるようにしている。このようなタイプの位置決めクランプ装置としては、たとえば特開平9-144715号公報に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パネル材を位置決めする際には、ロボットアームを作動させて位置決めクランプ装置を移動することにより、位置決めクランプ装置に固定されるロケートピンを位置決め孔に嵌合している。このとき、ロボットアームの作動速度によってはパネル材を変形させるおそれがあり、パネル材の変形を避けるためにロボットアームの作動速度を減速させる必要がある。さらに生産ラインにおけるタクトタイムの短縮を図るため、ロボットアームの作動速度を移動時には速く、位置決め嵌合時には遅く制御する必要がある。また、同様に溶接ステージ上に取り付けられる位置決めクランプ装置にあっても、パネル材の変形を避けるためにパネル材の搬送速度を制御する必要がある。
【０００５】
本発明の目的は、煩雑な制御を必要とせず、パネル材を変形させることのない位置決めクランプ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の位置決めクランプ装置は、先端にパネル材が接触するワーク接触面を有するワーク受け筒体内に、駆動ピンおよび従動ピンが径方向に貫通する回転カムスリーブを回動自在に収容し、前記駆動ピンが案内される一対の駆動側カム孔を、前記回転カムスリーブの回動方向に対して傾斜させるとともに、前記回転カムスリーブの中心軸を対称軸として回転対称に前記回転カムスリーブに形成し、前記従動ピンが案内される一対の従動側カム孔を、前記回転カムスリーブの回動方向に対して前記駆動側カム孔とは逆向きに傾斜させるとともに、前記回転カムスリーブの中心軸を対称軸として回転対称に前記回転カムスリーブに形成し、先端部が前記回転カムスリーブ内に配置されるとともに前記駆動ピンに組み付けられ、前記駆動ピンを前進方向または後退方向に駆動する往復動ロッドを設け、基端部が前記回転カムスリーブ内に配置されるとともに前記従動ピンに組み付けられ、前記パネル材の位置決め孔に嵌合する前進位置と嵌合を解除する後退位置とに移動自在となるロケートピンを設け、前記ロケートピンのスリット内に収容されるとともに前記駆動ピンを介して前記往復動ロッドに連結され、前記スリット内に入り込む退避位置と前記スリットから迫り出す締結位置とに揺動自在となるクランプアームを設け、前記従動ピンの後退移動によって前記クランプアームを退避位置に揺動させる一方、前記従動ピンの前進移動によって前記クランプアームを締結位置に揺動させる揺動カム孔を前記クランプアームに形成し、前記往復動ロッドによる前記駆動ピンの前進移動時には、前記回転カムスリーブを介して前記駆動ピンの前進移動を前記従動ピンの後退移動に変換し、前記ロケートピンを後退移動させながら前記クランプアームを前記スリット内に退避させる一方、前記往復動ロッドによる前記駆動ピンの後退移動時には、前記回転カムスリーブを介して前記駆動ピンの後退移動を前記従動ピンの前進移動に変換し、前記ロケートピンを前進移動させながら前記クランプアームを前記スリットから迫り出させて前記パネル材を締結することを特徴とする。
【０００７】
本発明の位置決めクランプ装置は、前記ロケートピンに２つのクランプアームを相互に逆向きに揺動自在に取り付けたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の位置決めクランプ装置は、前記往復動ロッドを空気圧により作動するピストンに取り付け、前記往復動ロッドを空気圧により往復動することを特徴とする。
【０００９】
本発明の位置決めクランプ装置は、前記ワーク受け筒体と前記回転カムスリーブとの間にスラスト軸受を装着することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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クランプ装置を示す斜視図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。また、図３は図２におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、図４は位置決めクランプした状態を示す図１のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図５は本発明の一実施の形態である位置決めクランプ装置の一部を示す分解斜視図である。
【００１１】
図示する位置決めクランプ装置は、自動車車体を構成するパネル材を位置決め固定するために適用されており、ワーク受け筒体１０を有している。ワーク受け筒体１０は、取付フランジ部１０ａとこれの一方面に一体となる筒部１０ｂと、一方面の端部に設けられるワーク受け部１０ｃとを有しており、取付フランジ部１０ａの部分で自動車生産ラインにおける所定のロボットアームに取り付けられる。取付フランジ部１０ａの他方面にはシリンダチューブ１１が固定されており、シリンダチューブ１１内には、図２に示すように、軸方向に往復動自在にピストン１２が装着されている。
【００１２】
ピストン１２に固定された往復動ロッド１３は、図２に示すように、シリンダチューブ１１の一端部に取り付けられるロッドカバー１４を貫通してワーク受け筒体１０の筒部１０ｂ内に挿入されている。シリンダチューブ１１の他端部にはエンドカバー１５が固定され、ロッドカバー１４とピストン１２との間に後退用空気圧室１６ａが形成され、エンドカバー１５とピストン１２との間には前進用空気圧室１６ｂが形成されている。それぞれの空気圧室１６ａ，１６ｂに連通するようにシリンダチューブ１１には給排ポート１７ａ，１７ｂが形成されている。したがって、給排ポート１７ａから圧縮空気を供給すると、往復動ロッド１３は後退移動し、給排ポート１７ｂから圧縮空気を供給すると、往復動ロッド１３は前進移動することになる。また、前進用空気圧室１６ｂには、ピストン１２を前進方向に付勢する向きで圧縮コイルばね１８が装着されており、給排ポート１７ｂからの圧縮空気が供給停止されても、給排ポート１７ａから圧縮空気が供給されるまでピストン１２は前進位置に保持される。
【００１３】
図２に示すように、エンドカバー１５には、往復動ロッド１３を後退位置に移動させた状態のもとで往復動ロッド１３を係止するために、往復動ロッド１３の移動方向に対して直角の方向に移動自在にロックピストン２０が設けられ、ピストン１２にはロックロッド２１が取り付けられている。このロックロッド２１には係合凹部２１ａが形成され、ロックピストン２０の先端に設けられた係合凸部２０ａが係合凹部２１ａに係合するようになっている。
【００１４】
ロックピストン２０には、前進方向に付勢する圧縮コイルばね２２が装着されており、ロックピストン２０の一方面には、後退方向に付勢する空気圧室２４ａが形成されている。空気圧室２４ａには給排ポート１７ｂに連通する流路２３ａと、空気圧室１６ｂに連通する流路２３ｂとがそれぞれ開口されており、給排ポート１７ｂと空気圧室１６ｂは空気圧室２４ａを介して連通されている。したがって、給排ポート１７ａから圧縮空気を供給し給排ポート１７ｂから排気を行うと、往復動ロッド１３が後退位置に移動するまで、ロックピストン２０は後退位置に保持され、往復動ロッド１３が後退位置に配置されると、係合凸部２０ａがばね力により係合凹部２１ａに入り込み、往復動ロッド１３は後退位置に固定される。この状態のもとで、給排ポート１７ａから排気を行い給排ポート１７ｂに圧縮空気を供給すると、ロックピストン２０は後退移動され係合凸部２０ａと係合凹部２１ａとの係合が解かれてから、往復動ロッド１３は前進移動することになる。
【００１５】
このように、空気圧室２４ａを介して給排ポート１７ｂと空気圧室１６ｂとを連通することにより、ロックピストン２０が干渉することなく確実に往復動ロッド１３は進退移動される。なお、ロックピストン２０の他方面に形成される空気圧室２４ｂに外部と連通する連通孔２５が開口されている。
【００１６】
図６は本発明の一実施の形態である位置決めクランプ装置の一部を構成する回転カムスリーブ２６を示す斜視図である。図２〜図５に示すように、ワーク受け筒体１０の筒部１０ｂの内部には回転カムスリーブ２６が装着されており、回転カムスリーブ２６の両端面はスラスト軸受２７により、ワーク受け筒体１０に対して回転自在に保持されている。図６に示すように、回転カムスリーブ２６の向かい合う側面には、前後進運動を回動運動に変換する駆動側カム孔２６ａと、回動運動を前後進運動に変換する従動側カム孔２６ｂとが回動方向に対して傾斜するようにそれぞれ形成され、それぞれのカム孔２６ａ，２６ｂの傾斜方向は互いに逆方向となるように形成されている。
【００１７】
図３および図５に示すように、回転カムスリーブ２６の内周面には、ピン本体部２８ａと摺動部(基端部)２８ｂとが一体となるロケートピン２８が軸方向に摺動自在に取り付けられている。ピン本体部２８ａの先端は半球形となり、末端に向けて徐々に径方向に拡大するテーパ形状に形成されている。ワーク受け筒体１０のワーク受け部１０ｃの先端面は、ワークであるパネル材Ｐの表面に接触するワーク接触面１０ｆとなっており、パネル材に形成された位置決め孔Ｈにロケートピン２８のピン本体部２８ａが嵌合することによってパネル材Ｐは位置決めされる。
【００１８】
ロケートピン２８にはスリット２８ｃが形成され、スリット２８ｃには先端部にほぼＬ字状に折れ曲がったクランプ片２９ａ，３０ａを有する２つのクランプアーム２９，３０が配置されている。クランプアーム２９，３０の基端部に形成される駆動ピン孔２９ｂ，３０ｂに駆動ピン３１が装着され、クランプアーム２９，３０は往復動ロッド１３の先端部に連結されている。駆動ピン３１の両端部は、回転カムスリーブ２６に形成される駆動側カム孔２６ａを貫通して、ワーク受け筒体１０の筒部１０ｂに軸方向に沿って形成されるピンガイド孔１０ｄの中に摺動自在に支持されており、駆動側カム孔２６ａおよびピンガイド孔１０ｄの軸方向長さは、往復動ロッド１３の往復動ストロークにほぼ対応している。したがって、往復動ロッド１３が前進移動されると、駆動ピン３１は筒部１０ｂのピンガイド孔１０ｄに案内され前進移動を行い、駆動側カム孔２６ａを駆動ピン３１が移動することにより回転カムスリーブ２６は回動される。同様に、往復動ロッド１３が後退移動されると回転カムスリーブ２６は前進移動時とは逆向きに回動される。
【００１９】
また、２つのクランプアーム２９，３０には揺動カム孔２９ｃ，３０ｃが形成されており、揺動カム孔２９ｃ，３０ｃはクランプアーム２９，３０の長手方向と平行になるストレート部２９ｄ，３０ｄと、これの後端部に連なった傾斜部２９ｅ，３０ｅとを有している。この揺動カム孔２９ｃ，３０ｃには駆動ピン３１と平行に設けられる従動ピン３２が貫通し、従動ピン３２の両端部はロケートピン２８の摺動部２８ｂに形成される従動ピン孔２８ｄおよび回転カムスリーブ２６の従動側カム孔２６ｂを介して、筒部１０ｂの軸方向に沿って形成されるピンガイド孔１０ｅに摺動自在に支持されている。この従動ピン３２は、駆動ピン３１により回動される回転カムスリーブ２６の従動側カム孔２６ｂに案内され、ピンガイド孔１０ｅに沿って前後進移動を行う。つまり、傾斜方向が逆向きに形成される２種類のカム孔２６ａ，２６ｂを有する回転カムスリーブ２６により、駆動ピン３１を前進移動すると回転カムスリーブ２６を介して従動ピン３２は後退移動され、駆動ピン３１が後退移動すると従動ピン３２は前進移動される。
【００２０】
２つのクランプアーム２９，３０は、基端部に駆動ピン３１が回動自在に装着され、揺動カム孔２９ｃ，３０ｃに従動ピン３２が摺動自在に装着されるため、図２に示すように、駆動ピン３１が前進移動して従動ピン３２が後退移動すると、クランプアーム２９，３０は駆動ピン３１により前進位置に押し出される。また、クランプアーム２９，３０は揺動カム孔２９ｃ，３０ｃの傾斜部２９ｅ，３０ｅに案内される従動ピン３２により、駆動ピン３１を支点として揺動されスリット２８ｃ内に収容される退避位置に配置される。そして、ロケートピン２８は、従動ピン３２によりクランプアーム２９，３０とは逆方向の後退位置に移動される。
【００２１】
一方、図４に示すように、駆動ピン３１が後退移動して従動ピン３２が前進移動すると、クランプアーム２９，３０は駆動ピン３１により後退位置に戻される。また、クランプアーム２９，３０は揺動カム孔２９ｃ，３０ｃのストレート部２９ｄ，３０ｄに案内される従動ピン３２により、駆動ピン３１を支点として揺動されスリット２８ｃから迫り出す締結位置に配置される。そして、ロケートピン２８は、クランプアーム２９，３０とは逆方向の前進位置に移動する。なお、駆動ピン３１および従動ピン３２の端面は、ワーク受け筒体１０に取り付けられるカバー３３により覆われており脱落することはない。
【００２２】
このような位置決めクランプ装置を用いて、パネル材Ｐを位置決めして締結する手順について説明する。なお、図７はクランプ状態を示す拡大断面図であり、一点鎖線で示すクランプアーム２９，３０、ロケートピン２８、駆動ピン３１、および従動ピン３２は、パネル材Ｐを締結していないアンクランプ状態における位置を示している。
【００２３】
先ず、予め所定の形状の位置決め孔Ｈが形成されたパネル材Ｐに向けて、ロボットアームの先端に設けられる位置決めクランプ装置は、ロボットアームの作動により移動され、ロケートピン２８が位置決め孔Ｈに接触することのない作動開始位置に配置される。
【００２４】
次に、給排ポート１７ａから圧縮空気を供給すると、往復動ロッド１３を介して駆動ピン３１が後退移動することにより回転カムスリーブ２６は回動され、回転カムスリーブ２６の回動により従動ピン３２は前進移動される。このとき、従動ピン３２に連結されるロケートピン２８は前進摺動し、テーパ形状のロケートピン２８が位置決め孔Ｈに接触することでパネル材Ｐの位置決めが行われる。また、駆動ピン３１の後退移動に伴いクランプアーム２９，３０は後退移動され、駆動ピン３１の後退移動および従動ピン３２の前進移動に伴いクランプアーム２９，３０は揺動されて締結位置に配置される。このため、パネル材Ｐは、スリット２８ｃ外に迫り出し後退方向に移動するクランプ片２９ａ，３０ａによってワーク接触面１０ｆとの間に挟み込まれ押圧保持される。
【００２５】
このように、駆動ピン３１を後退移動することにより、ロケートピン２８を前進摺動させる位置決め動作と、クランプアーム２９，３０とワーク接触面１０ｆとの間にパネル材Ｐを挟み込むクランプ動作とを同時に行うことができる。また、位置決めクランプ装置の作動開始位置ではパネル材Ｐにロケートピン２８は接触しておらず、この位置まで移動させるロボットアームの作動速度を上げたとしてもパネル材Ｐを変形させることはない。
【００２６】
さらに、図４に示すように、クランプ時にロックピストン２０とロックロッド２１とが係合するため、給排ポート１７ａからの圧縮空気が排気されたとしてもクランプ状態を保持することができ、クランプ状態は給排ポート１７ｂより圧縮空気が供給されロックピストン２０が後退移動するまで継続される。
【００２７】
そして、パネル材Ｐを離脱させるアンクランプ状態にするには、給排ポート１７ａより圧縮空気を排気し、給排ポート１７ｂから圧縮空気を供給する。このように圧縮空気の供給制御を行うと、流路２３ａに案内される圧縮空気によりロックピストン２０は後退移動を行いロックロッド２１は解放される。また、往復動ロッド１３は前進移動し駆動ピン３１を前進移動させるため、回転カムスリーブ２６はクランプ時とは逆方向に回動される。従動ピン３２の後退移動に伴いロケートピン２８の位置決め動作は解除され、駆動ピン３１の前進移動および従動ピン３２の後退移動に伴いクランプアーム２９，３０のクランプ動作は解除され、クランプアーム２９，３０はスリット２８ｃ内の退避位置に収容される。
【００２８】
このように、駆動ピン３１を前進移動することにより、ロケートピン２８を後退摺動させる位置決め解除動作と、クランプアーム２９，３０を前進移動させながらスリット２８ｃ内に収容するクランプ解除動作とを同時に行うことができる。また、このクランプ解除状態において、パネル材Ｐにロケートピン２８は接触しておらず、位置決めクランプ装置を離脱させるロボットアームの作動速度を上げたとしてもパネル材を変形させることはない。
【００２９】
さらに、図２に示すように、前進用空気圧室１６ｂにピストン１２を前進方向に押圧する向きで圧縮コイルばね１８が装着されており、給排ポート１７ｂからの圧縮空気が排気されたとしてもクランプ解除状態を保持することができ、給排ポート１７ａより圧縮空気が供給されるまで継続される。
【００３０】
このように、本発明の位置決めクランプ装置によれば、進退移動するロケートピン２８を有することでワークであるパネル材の変形を確実に防ぐことができる。また、駆動側カム孔２６ａおよび従動側カム孔２６ｂが形成される回転カムスリーブ２６を有するため、クランプ動作およびクランプ解除動作において、移動方向の相反するロケートピン２８とクランプアーム２９，３０とを１つの往復動ロッドの進退移動により同時に作動させることができる。
【００３１】
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。たとえば、図示する位置決めクランプ装置は、２つのクランプアーム２９，３０を用いているが、１つのクランプアームのみを装着しても使用することができる。また、往復動ロッド１３が前進移動するとアンクランプ状態となり、後退移動するとクランプ状態となるが、回転カムスリーブ２６に形成される２種類のカム孔２６ａ，２６ｂの軸方向に対する傾斜方向を変更することにより、往復動ロッド１３が前進移動するとクランプ状態となり、後退移動するとアンクランプ状態となる構造にしても良い。さらに、駆動ピン３１と従動ピン３２の径を同径とすることで、駆動側カム孔２６ａ，２６ｂの幅を同じに形成すると、回転カムスリーブ２６を上下反転して装着するだけで往復動ロッド１３の進退方向とクランプおよびクランプ解除との関係を容易に変更することができる。なお、本発明の位置決めクランプ装置は、ロボットアームに装着されるだけではなく、たとえばジグに装着しても使用できることは言うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ロケートピンの軸方向の移動による位置決めの機能を有しているため、位置決めクランプ装置のワークに対する作動開始位置において、ロケートピンとワークの位置決め孔とを接触させることがなく、位置決めクランプ装置の移動速度に関わらず、ワークを変形させることのない位置決めクランプ装置とすることができる。また、駆動側カム孔および従動側カム孔が形成される回転カムスリーブを有するために、動作方向が互いに異なる位置決め動作とクランプアームによるクランプ動作とを１つの入力動作で同時に行うことのできる、簡潔な構造の位置決めクランプ装置とすることができる。
【００３３】
本発明によれば、動作開始位置においてワークに接触せず、ワークを変形させるおそれがないため、位置決めクランプ装置を動作開始の所定位置まで移動する際に、移動速度を煩雑に制御する必要がなく、生産ラインにおけるタクトタイムの短縮を図ることができる。
【００３４】
本発明によれば、２つのクランプアームを用いてパネル材を締結することにより、パネル材をワーク接触面に対して水平に締結することができる。
【００３５】
本発明によれば、圧縮性流体である空気により位置決めクランプ装置を作動させることにより、パネル材の厚みが変化してもクランプアームの移動量を構造的に変更することなくクランプ保持することができる。
【００３６】
本発明によれば、スラスト軸受を介してワーク受け筒体に回転カムスリーブを装着することにより、径方向に大型化することのない位置決めクランプ装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である位置決めクランプ装置を示す斜視図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図２におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】位置決めクランプした状態を示す図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態である位置決めクランプ装置の一部を示す分解斜視図である。
【図６】回転カムスリーブを示す斜視図である。
【図７】パネル材を位置決めクランプした状態を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ ワーク受け筒体
１０ａ 取付フランジ部
１０ｂ 筒部
１０ｃ ワーク受け部
１０ｄ ピンガイド孔
１０ｅ ピンガイド孔
１０ｆ ワーク接触面
１１ シリンダチューブ
１２ ピストン
１３ 往復動ロッド
１６ａ，１６ｂ 空気圧室
１７ａ，１７ｂ 給排ポート
１８ 圧縮コイルばね
２０ ロックピストン
２１ ロックロッド
２２ 圧縮コイルばね
２３ａ，２３ｂ 流路
２４ａ，２４ｂ 空気圧室
２５ 連通孔
２６ 回転カムスリーブ
２６ａ 駆動側カム孔
２６ｂ 従動側カム孔
２７ スラスト軸受
２８ ロケートピン
２８ａ ピン本体部
２８ｂ 摺動部
２８ｃ スリット
２８ｄ 従動ピン孔
２９，３０ クランプアーム
２９ａ，３０ａ クランプ片
２９ｂ，３０ｂ 駆動ピン孔
２９ｃ，３０ｃ 揺動カム孔
２９ｄ，３０ｄ ストレート部
２９ｅ，３０ｅ 傾斜部
３１ 駆動ピン
３２ 従動ピン
３３ カバー
Ｈ 位置決め孔
Ｐ パネル材
【発明の属する技術分野】
本発明はパネル材を所定の位置に位置決めして固定するための位置決めクランプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車車体は複数のパネル材をスポット溶接により接合することで形成されており、スポット溶接する際には、自動車車体を構成する種々のパネル材を位置決めしてクランプする必要がある。そのため、自動車生産ラインに配置された溶接ステージには、複数の位置決めクランプ装置が取り付けられ、搬送されるパネル材を溶接ステージ上に位置決めクランプしている。また、産業用ロボットのロボットアームの先端に位置決めクランプ装置が取り付けられ、位置決めクランプ装置によってパネル材を位置決めクランプし、ロボットアームを作動させることにより所定の位置にパネル材を配置している。
【０００３】
いずれの場合にあっても、従来の位置決めクランプ装置は、ワークであるパネル材に形成された位置決め孔に嵌合するロケートピンを有し、そのロケートピンを位置決め孔に嵌合させることによってパネル材を位置決めするようにしている。また、パネル材をクランプするために、ロケートピンに形成されたスリット内にクランプアームを組み込み、パネル材をクランプする際にはクランプアームをスリット内から迫り出させるようにしている。このようなタイプの位置決めクランプ装置としては、たとえば特開平9-144715号公報に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パネル材を位置決めする際には、ロボットアームを作動させて位置決めクランプ装置を移動することにより、位置決めクランプ装置に固定されるロケートピンを位置決め孔に嵌合している。このとき、ロボットアームの作動速度によってはパネル材を変形させるおそれがあり、パネル材の変形を避けるためにロボットアームの作動速度を減速させる必要がある。さらに生産ラインにおけるタクトタイムの短縮を図るため、ロボットアームの作動速度を移動時には速く、位置決め嵌合時には遅く制御する必要がある。また、同様に溶接ステージ上に取り付けられる位置決めクランプ装置にあっても、パネル材の変形を避けるためにパネル材の搬送速度を制御する必要がある。
【０００５】
本発明の目的は、煩雑な制御を必要とせず、パネル材を変形させることのない位置決めクランプ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の位置決めクランプ装置は、先端にパネル材が接触するワーク接触面を有するワーク受け筒体内に、駆動ピンおよび従動ピンが径方向に貫通する回転カムスリーブを回動自在に収容し、前記駆動ピンが案内される一対の駆動側カム孔を、前記回転カムスリーブの回動方向に対して傾斜させるとともに、前記回転カムスリーブの中心軸を対称軸として回転対称に前記回転カムスリーブに形成し、前記従動ピンが案内される一対の従動側カム孔を、前記回転カムスリーブの回動方向に対して前記駆動側カム孔とは逆向きに傾斜させるとともに、前記回転カムスリーブの中心軸を対称軸として回転対称に前記回転カムスリーブに形成し、先端部が前記回転カムスリーブ内に配置されるとともに前記駆動ピンに組み付けられ、前記駆動ピンを前進方向または後退方向に駆動する往復動ロッドを設け、基端部が前記回転カムスリーブ内に配置されるとともに前記従動ピンに組み付けられ、前記パネル材の位置決め孔に嵌合する前進位置と嵌合を解除する後退位置とに移動自在となるロケートピンを設け、前記ロケートピンのスリット内に収容されるとともに前記駆動ピンを介して前記往復動ロッドに連結され、前記スリット内に入り込む退避位置と前記スリットから迫り出す締結位置とに揺動自在となるクランプアームを設け、前記従動ピンの後退移動によって前記クランプアームを退避位置に揺動させる一方、前記従動ピンの前進移動によって前記クランプアームを締結位置に揺動させる揺動カム孔を前記クランプアームに形成し、前記往復動ロッドによる前記駆動ピンの前進移動時には、前記回転カムスリーブを介して前記駆動ピンの前進移動を前記従動ピンの後退移動に変換し、前記ロケートピンを後退移動させながら前記クランプアームを前記スリット内に退避させる一方、前記往復動ロッドによる前記駆動ピンの後退移動時には、前記回転カムスリーブを介して前記駆動ピンの後退移動を前記従動ピンの前進移動に変換し、前記ロケートピンを前進移動させながら前記クランプアームを前記スリットから迫り出させて前記パネル材を締結することを特徴とする。
【０００７】
本発明の位置決めクランプ装置は、前記ロケートピンに２つのクランプアームを相互に逆向きに揺動自在に取り付けたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の位置決めクランプ装置は、前記往復動ロッドを空気圧により作動するピストンに取り付け、前記往復動ロッドを空気圧により往復動することを特徴とする。
【０００９】
本発明の位置決めクランプ装置は、前記ワーク受け筒体と前記回転カムスリーブとの間にスラスト軸受を装着することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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クランプ装置を示す斜視図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。また、図３は図２におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、図４は位置決めクランプした状態を示す図１のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図５は本発明の一実施の形態である位置決めクランプ装置の一部を示す分解斜視図である。
【００１１】
図示する位置決めクランプ装置は、自動車車体を構成するパネル材を位置決め固定するために適用されており、ワーク受け筒体１０を有している。ワーク受け筒体１０は、取付フランジ部１０ａとこれの一方面に一体となる筒部１０ｂと、一方面の端部に設けられるワーク受け部１０ｃとを有しており、取付フランジ部１０ａの部分で自動車生産ラインにおける所定のロボットアームに取り付けられる。取付フランジ部１０ａの他方面にはシリンダチューブ１１が固定されており、シリンダチューブ１１内には、図２に示すように、軸方向に往復動自在にピストン１２が装着されている。
【００１２】
ピストン１２に固定された往復動ロッド１３は、図２に示すように、シリンダチューブ１１の一端部に取り付けられるロッドカバー１４を貫通してワーク受け筒体１０の筒部１０ｂ内に挿入されている。シリンダチューブ１１の他端部にはエンドカバー１５が固定され、ロッドカバー１４とピストン１２との間に後退用空気圧室１６ａが形成され、エンドカバー１５とピストン１２との間には前進用空気圧室１６ｂが形成されている。それぞれの空気圧室１６ａ，１６ｂに連通するようにシリンダチューブ１１には給排ポート１７ａ，１７ｂが形成されている。したがって、給排ポート１７ａから圧縮空気を供給すると、往復動ロッド１３は後退移動し、給排ポート１７ｂから圧縮空気を供給すると、往復動ロッド１３は前進移動することになる。また、前進用空気圧室１６ｂには、ピストン１２を前進方向に付勢する向きで圧縮コイルばね１８が装着されており、給排ポート１７ｂからの圧縮空気が供給停止されても、給排ポート１７ａから圧縮空気が供給されるまでピストン１２は前進位置に保持される。
【００１３】
図２に示すように、エンドカバー１５には、往復動ロッド１３を後退位置に移動させた状態のもとで往復動ロッド１３を係止するために、往復動ロッド１３の移動方向に対して直角の方向に移動自在にロックピストン２０が設けられ、ピストン１２にはロックロッド２１が取り付けられている。このロックロッド２１には係合凹部２１ａが形成され、ロックピストン２０の先端に設けられた係合凸部２０ａが係合凹部２１ａに係合するようになっている。
【００１４】
ロックピストン２０には、前進方向に付勢する圧縮コイルばね２２が装着されており、ロックピストン２０の一方面には、後退方向に付勢する空気圧室２４ａが形成されている。空気圧室２４ａには給排ポート１７ｂに連通する流路２３ａと、空気圧室１６ｂに連通する流路２３ｂとがそれぞれ開口されており、給排ポート１７ｂと空気圧室１６ｂは空気圧室２４ａを介して連通されている。したがって、給排ポート１７ａから圧縮空気を供給し給排ポート１７ｂから排気を行うと、往復動ロッド１３が後退位置に移動するまで、ロックピストン２０は後退位置に保持され、往復動ロッド１３が後退位置に配置されると、係合凸部２０ａがばね力により係合凹部２１ａに入り込み、往復動ロッド１３は後退位置に固定される。この状態のもとで、給排ポート１７ａから排気を行い給排ポート１７ｂに圧縮空気を供給すると、ロックピストン２０は後退移動され係合凸部２０ａと係合凹部２１ａとの係合が解かれてから、往復動ロッド１３は前進移動することになる。
【００１５】
このように、空気圧室２４ａを介して給排ポート１７ｂと空気圧室１６ｂとを連通することにより、ロックピストン２０が干渉することなく確実に往復動ロッド１３は進退移動される。なお、ロックピストン２０の他方面に形成される空気圧室２４ｂに外部と連通する連通孔２５が開口されている。
【００１６】
図６は本発明の一実施の形態である位置決めクランプ装置の一部を構成する回転カムスリーブ２６を示す斜視図である。図２〜図５に示すように、ワーク受け筒体１０の筒部１０ｂの内部には回転カムスリーブ２６が装着されており、回転カムスリーブ２６の両端面はスラスト軸受２７により、ワーク受け筒体１０に対して回転自在に保持されている。図６に示すように、回転カムスリーブ２６の向かい合う側面には、前後進運動を回動運動に変換する駆動側カム孔２６ａと、回動運動を前後進運動に変換する従動側カム孔２６ｂとが回動方向に対して傾斜するようにそれぞれ形成され、それぞれのカム孔２６ａ，２６ｂの傾斜方向は互いに逆方向となるように形成されている。
【００１７】
図３および図５に示すように、回転カムスリーブ２６の内周面には、ピン本体部２８ａと摺動部(基端部)２８ｂとが一体となるロケートピン２８が軸方向に摺動自在に取り付けられている。ピン本体部２８ａの先端は半球形となり、末端に向けて徐々に径方向に拡大するテーパ形状に形成されている。ワーク受け筒体１０のワーク受け部１０ｃの先端面は、ワークであるパネル材Ｐの表面に接触するワーク接触面１０ｆとなっており、パネル材に形成された位置決め孔Ｈにロケートピン２８のピン本体部２８ａが嵌合することによってパネル材Ｐは位置決めされる。
【００１８】
ロケートピン２８にはスリット２８ｃが形成され、スリット２８ｃには先端部にほぼＬ字状に折れ曲がったクランプ片２９ａ，３０ａを有する２つのクランプアーム２９，３０が配置されている。クランプアーム２９，３０の基端部に形成される駆動ピン孔２９ｂ，３０ｂに駆動ピン３１が装着され、クランプアーム２９，３０は往復動ロッド１３の先端部に連結されている。駆動ピン３１の両端部は、回転カムスリーブ２６に形成される駆動側カム孔２６ａを貫通して、ワーク受け筒体１０の筒部１０ｂに軸方向に沿って形成されるピンガイド孔１０ｄの中に摺動自在に支持されており、駆動側カム孔２６ａおよびピンガイド孔１０ｄの軸方向長さは、往復動ロッド１３の往復動ストロークにほぼ対応している。したがって、往復動ロッド１３が前進移動されると、駆動ピン３１は筒部１０ｂのピンガイド孔１０ｄに案内され前進移動を行い、駆動側カム孔２６ａを駆動ピン３１が移動することにより回転カムスリーブ２６は回動される。同様に、往復動ロッド１３が後退移動されると回転カムスリーブ２６は前進移動時とは逆向きに回動される。
【００１９】
また、２つのクランプアーム２９，３０には揺動カム孔２９ｃ，３０ｃが形成されており、揺動カム孔２９ｃ，３０ｃはクランプアーム２９，３０の長手方向と平行になるストレート部２９ｄ，３０ｄと、これの後端部に連なった傾斜部２９ｅ，３０ｅとを有している。この揺動カム孔２９ｃ，３０ｃには駆動ピン３１と平行に設けられる従動ピン３２が貫通し、従動ピン３２の両端部はロケートピン２８の摺動部２８ｂに形成される従動ピン孔２８ｄおよび回転カムスリーブ２６の従動側カム孔２６ｂを介して、筒部１０ｂの軸方向に沿って形成されるピンガイド孔１０ｅに摺動自在に支持されている。この従動ピン３２は、駆動ピン３１により回動される回転カムスリーブ２６の従動側カム孔２６ｂに案内され、ピンガイド孔１０ｅに沿って前後進移動を行う。つまり、傾斜方向が逆向きに形成される２種類のカム孔２６ａ，２６ｂを有する回転カムスリーブ２６により、駆動ピン３１を前進移動すると回転カムスリーブ２６を介して従動ピン３２は後退移動され、駆動ピン３１が後退移動すると従動ピン３２は前進移動される。
【００２０】
２つのクランプアーム２９，３０は、基端部に駆動ピン３１が回動自在に装着され、揺動カム孔２９ｃ，３０ｃに従動ピン３２が摺動自在に装着されるため、図２に示すように、駆動ピン３１が前進移動して従動ピン３２が後退移動すると、クランプアーム２９，３０は駆動ピン３１により前進位置に押し出される。また、クランプアーム２９，３０は揺動カム孔２９ｃ，３０ｃの傾斜部２９ｅ，３０ｅに案内される従動ピン３２により、駆動ピン３１を支点として揺動されスリット２８ｃ内に収容される退避位置に配置される。そして、ロケートピン２８は、従動ピン３２によりクランプアーム２９，３０とは逆方向の後退位置に移動される。
【００２１】
一方、図４に示すように、駆動ピン３１が後退移動して従動ピン３２が前進移動すると、クランプアーム２９，３０は駆動ピン３１により後退位置に戻される。また、クランプアーム２９，３０は揺動カム孔２９ｃ，３０ｃのストレート部２９ｄ，３０ｄに案内される従動ピン３２により、駆動ピン３１を支点として揺動されスリット２８ｃから迫り出す締結位置に配置される。そして、ロケートピン２８は、クランプアーム２９，３０とは逆方向の前進位置に移動する。なお、駆動ピン３１および従動ピン３２の端面は、ワーク受け筒体１０に取り付けられるカバー３３により覆われており脱落することはない。
【００２２】
このような位置決めクランプ装置を用いて、パネル材Ｐを位置決めして締結する手順について説明する。なお、図７はクランプ状態を示す拡大断面図であり、一点鎖線で示すクランプアーム２９，３０、ロケートピン２８、駆動ピン３１、および従動ピン３２は、パネル材Ｐを締結していないアンクランプ状態における位置を示している。
【００２３】
先ず、予め所定の形状の位置決め孔Ｈが形成されたパネル材Ｐに向けて、ロボットアームの先端に設けられる位置決めクランプ装置は、ロボットアームの作動により移動され、ロケートピン２８が位置決め孔Ｈに接触することのない作動開始位置に配置される。
【００２４】
次に、給排ポート１７ａから圧縮空気を供給すると、往復動ロッド１３を介して駆動ピン３１が後退移動することにより回転カムスリーブ２６は回動され、回転カムスリーブ２６の回動により従動ピン３２は前進移動される。このとき、従動ピン３２に連結されるロケートピン２８は前進摺動し、テーパ形状のロケートピン２８が位置決め孔Ｈに接触することでパネル材Ｐの位置決めが行われる。また、駆動ピン３１の後退移動に伴いクランプアーム２９，３０は後退移動され、駆動ピン３１の後退移動および従動ピン３２の前進移動に伴いクランプアーム２９，３０は揺動されて締結位置に配置される。このため、パネル材Ｐは、スリット２８ｃ外に迫り出し後退方向に移動するクランプ片２９ａ，３０ａによってワーク接触面１０ｆとの間に挟み込まれ押圧保持される。
【００２５】
このように、駆動ピン３１を後退移動することにより、ロケートピン２８を前進摺動させる位置決め動作と、クランプアーム２９，３０とワーク接触面１０ｆとの間にパネル材Ｐを挟み込むクランプ動作とを同時に行うことができる。また、位置決めクランプ装置の作動開始位置ではパネル材Ｐにロケートピン２８は接触しておらず、この位置まで移動させるロボットアームの作動速度を上げたとしてもパネル材Ｐを変形させることはない。
【００２６】
さらに、図４に示すように、クランプ時にロックピストン２０とロックロッド２１とが係合するため、給排ポート１７ａからの圧縮空気が排気されたとしてもクランプ状態を保持することができ、クランプ状態は給排ポート１７ｂより圧縮空気が供給されロックピストン２０が後退移動するまで継続される。
【００２７】
そして、パネル材Ｐを離脱させるアンクランプ状態にするには、給排ポート１７ａより圧縮空気を排気し、給排ポート１７ｂから圧縮空気を供給する。このように圧縮空気の供給制御を行うと、流路２３ａに案内される圧縮空気によりロックピストン２０は後退移動を行いロックロッド２１は解放される。また、往復動ロッド１３は前進移動し駆動ピン３１を前進移動させるため、回転カムスリーブ２６はクランプ時とは逆方向に回動される。従動ピン３２の後退移動に伴いロケートピン２８の位置決め動作は解除され、駆動ピン３１の前進移動および従動ピン３２の後退移動に伴いクランプアーム２９，３０のクランプ動作は解除され、クランプアーム２９，３０はスリット２８ｃ内の退避位置に収容される。
【００２８】
このように、駆動ピン３１を前進移動することにより、ロケートピン２８を後退摺動させる位置決め解除動作と、クランプアーム２９，３０を前進移動させながらスリット２８ｃ内に収容するクランプ解除動作とを同時に行うことができる。また、このクランプ解除状態において、パネル材Ｐにロケートピン２８は接触しておらず、位置決めクランプ装置を離脱させるロボットアームの作動速度を上げたとしてもパネル材を変形させることはない。
【００２９】
さらに、図２に示すように、前進用空気圧室１６ｂにピストン１２を前進方向に押圧する向きで圧縮コイルばね１８が装着されており、給排ポート１７ｂからの圧縮空気が排気されたとしてもクランプ解除状態を保持することができ、給排ポート１７ａより圧縮空気が供給されるまで継続される。
【００３０】
このように、本発明の位置決めクランプ装置によれば、進退移動するロケートピン２８を有することでワークであるパネル材の変形を確実に防ぐことができる。また、駆動側カム孔２６ａおよび従動側カム孔２６ｂが形成される回転カムスリーブ２６を有するため、クランプ動作およびクランプ解除動作において、移動方向の相反するロケートピン２８とクランプアーム２９，３０とを１つの往復動ロッドの進退移動により同時に作動させることができる。
【００３１】
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。たとえば、図示する位置決めクランプ装置は、２つのクランプアーム２９，３０を用いているが、１つのクランプアームのみを装着しても使用することができる。また、往復動ロッド１３が前進移動するとアンクランプ状態となり、後退移動するとクランプ状態となるが、回転カムスリーブ２６に形成される２種類のカム孔２６ａ，２６ｂの軸方向に対する傾斜方向を変更することにより、往復動ロッド１３が前進移動するとクランプ状態となり、後退移動するとアンクランプ状態となる構造にしても良い。さらに、駆動ピン３１と従動ピン３２の径を同径とすることで、駆動側カム孔２６ａ，２６ｂの幅を同じに形成すると、回転カムスリーブ２６を上下反転して装着するだけで往復動ロッド１３の進退方向とクランプおよびクランプ解除との関係を容易に変更することができる。なお、本発明の位置決めクランプ装置は、ロボットアームに装着されるだけではなく、たとえばジグに装着しても使用できることは言うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ロケートピンの軸方向の移動による位置決めの機能を有しているため、位置決めクランプ装置のワークに対する作動開始位置において、ロケートピンとワークの位置決め孔とを接触させることがなく、位置決めクランプ装置の移動速度に関わらず、ワークを変形させることのない位置決めクランプ装置とすることができる。また、駆動側カム孔および従動側カム孔が形成される回転カムスリーブを有するために、動作方向が互いに異なる位置決め動作とクランプアームによるクランプ動作とを１つの入力動作で同時に行うことのできる、簡潔な構造の位置決めクランプ装置とすることができる。
【００３３】
本発明によれば、動作開始位置においてワークに接触せず、ワークを変形させるおそれがないため、位置決めクランプ装置を動作開始の所定位置まで移動する際に、移動速度を煩雑に制御する必要がなく、生産ラインにおけるタクトタイムの短縮を図ることができる。
【００３４】
本発明によれば、２つのクランプアームを用いてパネル材を締結することにより、パネル材をワーク接触面に対して水平に締結することができる。
【００３５】
本発明によれば、圧縮性流体である空気により位置決めクランプ装置を作動させることにより、パネル材の厚みが変化してもクランプアームの移動量を構造的に変更することなくクランプ保持することができる。
【００３６】
本発明によれば、スラスト軸受を介してワーク受け筒体に回転カムスリーブを装着することにより、径方向に大型化することのない位置決めクランプ装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である位置決めクランプ装置を示す斜視図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図２におけるＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】位置決めクランプした状態を示す図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態である位置決めクランプ装置の一部を示す分解斜視図である。
【図６】回転カムスリーブを示す斜視図である。
【図７】パネル材を位置決めクランプした状態を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ ワーク受け筒体
１０ａ 取付フランジ部
１０ｂ 筒部
１０ｃ ワーク受け部
１０ｄ ピンガイド孔
１０ｅ ピンガイド孔
１０ｆ ワーク接触面
１１ シリンダチューブ
１２ ピストン
１３ 往復動ロッド
１６ａ，１６ｂ 空気圧室
１７ａ，１７ｂ 給排ポート
１８ 圧縮コイルばね
２０ ロックピストン
２１ ロックロッド
２２ 圧縮コイルばね
２３ａ，２３ｂ 流路
２４ａ，２４ｂ 空気圧室
２５ 連通孔
２６ 回転カムスリーブ
２６ａ 駆動側カム孔
２６ｂ 従動側カム孔
２７ スラスト軸受
２８ ロケートピン
２８ａ ピン本体部
２８ｂ 摺動部
２８ｃ スリット
２８ｄ 従動ピン孔
２９，３０ クランプアーム
２９ａ，３０ａ クランプ片
２９ｂ，３０ｂ 駆動ピン孔
２９ｃ，３０ｃ 揺動カム孔
２９ｄ，３０ｄ ストレート部
２９ｅ，３０ｅ 傾斜部
３１ 駆動ピン
３２ 従動ピン
３３ カバー
Ｈ 位置決め孔
Ｐ パネル材
Claims (4)
- 先端にパネル材が接触するワーク接触面を有するワーク受け筒体内に、駆動ピンおよび従動ピンが径方向に貫通する回転カムスリーブを回動自在に収容し、
前記駆動ピンが案内される一対の駆動側カム孔を、前記回転カムスリーブの回動方向に対して傾斜させるとともに、前記回転カムスリーブの中心軸を対称軸として回転対称に前記回転カムスリーブに形成し、
前記従動ピンが案内される一対の従動側カム孔を、前記回転カムスリーブの回動方向に対して前記駆動側カム孔とは逆向きに傾斜させるとともに、前記回転カムスリーブの中心軸を対称軸として回転対称に前記回転カムスリーブに形成し、
先端部が前記回転カムスリーブ内に配置されるとともに前記駆動ピンに組み付けられ、前記駆動ピンを前進方向または後退方向に駆動する往復動ロッドを設け、
基端部が前記回転カムスリーブ内に配置されるとともに前記従動ピンに組み付けられ、前記パネル材の位置決め孔に嵌合する前進位置と嵌合を解除する後退位置とに移動自在となるロケートピンを設け、
前記ロケートピンのスリット内に収容されるとともに前記駆動ピンを介して前記往復動ロッドに連結され、前記スリット内に入り込む退避位置と前記スリットから迫り出す締結位置とに揺動自在となるクランプアームを設け、
前記従動ピンの後退移動によって前記クランプアームを退避位置に揺動させる一方、前記従動ピンの前進移動によって前記クランプアームを締結位置に揺動させる揺動カム孔を前記クランプアームに形成し、
前記往復動ロッドによる前記駆動ピンの前進移動時には、前記回転カムスリーブを介して前記駆動ピンの前進移動を前記従動ピンの後退移動に変換し、前記ロケートピンを後退移動させながら前記クランプアームを前記スリット内に退避させる一方、前記往復動ロッドによる前記駆動ピンの後退移動時には、前記回転カムスリーブを介して前記駆動ピンの後退移動を前記従動ピンの前進移動に変換し、前記ロケートピンを前進移動させながら前記クランプアームを前記スリットから迫り出させて前記パネル材を締結することを特徴とする位置決めクランプ装置。 - 請求項１記載の位置決めクランプ装置において、前記ロケートピンに２つのクランプアームを相互に逆向きに揺動自在に取り付けたことを特徴とする位置決めクランプ装置。
- 請求項１または２記載の位置決めクランプ装置において、前記往復動ロッドを空気圧により作動するピストンに取り付け、前記往復動ロッドを空気圧により往復動することを特徴とする位置決めクランプ装置。
- 請求項１から３のいずれか１項に記載の位置決めクランプ装置において、前記ワーク受け筒体と前記回転カムスリーブとの間にスラスト軸受を装着することを特徴とする位置決めクランプ装置。
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