JP2018510790A5 - - Google Patents

Description

結果として、基本的に水平に積み重ねられたシートの積層体から最も上側のシートを垂直方向に取り出し、持ち上げるために磁気グリッパ（持上げ装置）が使用される強磁性シート材取扱いステーションには、上記のタイプの別個のシート扇状展開ステーションを用いる。このような磁気式扇状展開装置は、ばらし作業を支援するために、積み重ねられたシートの隣に配置される。事実、これは、２０１０年にミシガン州（MI）エルクトン（Elkton）（米国）にあるタワー・オートモーティブ社（Tower Automotive）の工場で採用された手法である。この工場では、シートメタルに係合させるための多数の分散した磁石を含む磁気式ＥＯＡＴ持上げユニットの他に、従来のシート扇状展開ステーションが用いられている（https://www.magnetics.com/downloads/pdf/IMITower.pdf）。

［００１９ａ］
特許文献ＤＤ１４５０１１号には、複数の扇状展開用磁石を含む、組み合わされた扇状展開・把持装置が示されている。扇状展開用磁石は、共通のキャリヤ体に関節でつながれ、キャリヤ体には、吸着カップ機構として示されたシート把持構造も支持される。ただし、吸着カップ機構は、当該ドイツ文献において、永久磁石構造に取り替えることが可能であるとも記載されている。しかしながら、永久磁石構造についてはそれ以上の記載がない。このような構成は、ロボットアームに装着された場合にＥＯＡＴとして用いることができる。

［００１９ｂ］
ロシア特許文献ＳＵ‘７７９２４７号には、ケーブルから懸架可能なＬ字形のハウジング構成要素に扇状に広げるとともに持ち上げる能力が組み込まれた磁気式持上げ装置が記載されている。Ｌ字形のハウジングは、装置の使用時に垂直な向きに配置されることから垂直ハウジング部と呼ばれる脚部を含む。磁気式扇状展開ユニットとなる１つまたは２つの垂直方向に離間された電磁石が垂直ハウジング部に収容される。Ｌ字形ハウジングは、扇状に広げる機能を実行する際に金属板の積層体の側面に沿って電磁石を位置決めすることを可能にする以上の機能を有していない。さらに、機械式分離機プランジャと該分離機プランジャを引込み位置と浸漬位置との間で移動させるアクチュエータとして用いられる電磁石とが、垂直ハウジング部に収納される。上記装置は、分離機プランジャが、扇状に広げる過程において最も上側のシートとそのすぐ下のシートとの間の適切な分離を確実にすることを必要とする。関連して、最初に扇状に広げる際に、装置のＬ字形ハウジングが同時に持ち上げられることが記載されており、これは、磁気的に扇状に広げる過程が開始される前に、装置が、Ｌ字形ハウジングの水平ハウジング部を積層体上に置いた状態で静止することを意味している。分離機プランジャは、水平ハウジング部に対してその内部に収納された別体の保持用電磁石によって固定されると、水平ハウジング部に対して一番上のシートを「くさび留め」するためにも用いられ、それによって、押さえ（hold-down body）が掴みの強化に役立つ。分離されたシートは、装置によって移送のために保持される。ここで、シートは、扇状に広げて掴む工程が行われた後に全ての電磁石がオフに切り替えられた場合は、水平ハウジング部と分離機プランジャとの間にクランプされている。

［００１９ｃ］
米国特許第４，４６５，４１５号には、中央に穴を有する最も上側のシートメタルをばらして把持するために用いられ得るシート扇状展開・持上げ装置が開示されている。この扇状展開装置は、積み重ねられた環状のシートを扇状に広げるために通電される電磁式扇状展開用磁石が埋め込まれたマンドレルを中央に備える。さらに加えて、上記装置は、一対の直径方向に位置する「付着装置（adhesion devices）」（真空装置または電磁装置であり得る）を、浸漬マンドレルの外側かつ上に備える。これらの磁石は全て、クレーンまたは同様の持上げ器具、例えばロボットアームに取付可能な持上げ構造に搭載される。

これらの目的を達成しようとする上で、１つの態様において、本発明は、その一般的な具体化された形態において、強磁性シート材の積層体から最も外側のシートを扇状に広げて引き離す際に用いられるシート扇状展開装置であって
・アーム先端ツール（ＥＯＡＴ）としての上記装置を、ＥＯＡＴを強磁性シートの積層体の側面に隣接する動作位置と強磁性シートの積層体から離れた遠方位置との間で移動させて位置決めするように構成されたロボットアームに取り付けるためのマウントを有するキャリヤ構造と、
・キャリヤ構造によって支持され、少なくとも１つのオンオフ切替可能な磁石と該切替可能な磁石によって反対極性に磁化可能な一対の扇状展開用磁極部材とを含む磁気式扇状展開構成であって、上記扇状展開用磁極部材が、離間されており、ＥＯＡＴが動作位置にあるときに、積層体の上記側面に対向し、寸法的に、積層体の少なくとも最も外側のシートとその下のシートとの厚さを含む長さにわたって延在するように構成されており、上記切替可能な磁石が、最も外側のシートとそのすぐ下のシートとの縁領域の重なり合う部分内に同じ向きの磁界が上記扇状展開用磁極片によって誘起され、当該誘起磁界に直交する方向に、最も外側のシートの縁領域を磁気反発によってその下のシートから持ち上げて引き離そうとする反発力が生成されるオン状態に切替可能である、磁気式扇状展開構成と、を含み、任意ではあるが好ましくは、
・キャリヤ構造に支持され、扇状に広げられた最も外側のシートの面に接触し、このシートをＥＯＡＴに固定し、ＥＯＡＴがその動作位置から変位するとこのシートを上記シートの積層体から取り出すように構成されたシート把持構成と、を含むシート扇状展開装置を提供する。

取扱いステーション２は、上方（overhead）ガントリビーム６に沿って線形移動するように支えられたキャリッジユニット５と、キャリッジユニット５に適切に支持され、関節でつなげられた多肢・多軸ロボットアーム８と、ロボットアーム８の末端の自由端における連結ユニット９とを含む。連結ユニット９は、当技術分野で公知のように、図示はしないがロボット工学およびオートメーションという関連技術において知られている連結部品を用いてモジュラーＥＯＡＴ１０が着脱可能に装着されるように工夫されている。制御線および電源線は、明瞭化のために省略した。

ロボットアーム８は、キャリッジユニット５から懸架されて図示されているが、これもやはり周知であるように、床（架台）上に設置されていてもよい。ロボットアーム８の上方ガントリ６からの懸架は、シート積層体４の近傍の工場フロアスペースを必要としないため、積層体を置き、個々のシート３を取り出し、それらを機械加工、成形、他の部品への組付けなどのためのワークステーションへ搬送するシートメタル取扱いステーション２における操作の柔軟性が高まるという利点を有する。

取扱いステーション２が、ガントリビームに支持された各キャリッジユニットから懸架された多数のロボットアームを有し、そしてロボットアームのそれぞれが末端に同一のＥＯＡＴ１０を搭載していることで、最上位のシートを扇状に広げて掴む操作を連動して行うために四辺形のシートの積層体の４辺のそれぞれに別々のＥＯＡＴを配置することが可能であり、それによって、磁気的に懸架されたシートを、当該最上位のシートの各縁領域をそのすぐ下のシートから「剥離するのではない（un-peeling）」方法で、それゆえ、ＥＯＡＴを積層体から離れる方向へ持ち上げると同時に最も上側の２つの積み重ねられたシート間の付着張力を断ち切ることを容易にすることによって、積層体から持ち上げることができる構成が考えられる。

図２ａ、図２ｂ、および図４に示した実施形態において、磁極拡張部材４０はそれぞれ、より長くより細い第１の脚部４２と、より短いがより幅が広くずんぐりした第２の脚部４４とを有する全く同じ（平面視）Ｌ字形状の強磁性板からなり、上記脚部４２および４４の、一点に集まる（converging）側縁は、互いに直交して延び、それらの接合部分において９０°の隅ではなくほぼ三角形の窪み４６を規定している。

図４から分かるように、ずんぐりした脚部４４は、平面視において、当該脚部がギャップ無しでかつ磁束を伝導するように固定された断面四辺形のハウジングブロック２４の側面を完全に覆うような寸法および形状であり、それによって、縁４５がユニット２０のエアギャップ２６から少しはみ出して位置することになる。板４０をハウジングブロック２８の外側に固定するための位置決めピン３６用および締結ボルト３７用の貫通穴の存在を図２ａに示す。

これに対して、磁極拡張部材４０の第１の脚部４２は、第２の脚部４４から垂直に突出し、実質的に、ハウジングブロック２４の末端面（エアギャップ２６）から指のように突き出ている。なお、Ｌ字形磁極拡張部材４０は、指のような第１の脚部４２が、その外縁４７がハウジングブロック２４の外面とほぼ面一である状態で、ユニット２０の長手方向軸とほぼ平行に突き出るようにハウジングブロック２４に装着される。

図３ａおよび図３ｂに示した実施形態において、外付けの磁極拡張部材１４０も、短い方の脚部１４２と長い方の脚部１４４と有する概ねＬ字形の強磁性材料からなる板である。しかしながら、磁極板１４０の平面視における外形寸法は、図２ａ、図２ｂ、および図４に示した磁極板４０よりも実質的に大きく、位置決めピン１３６および締結ボルト１３７のそれぞれのための締結用および位置決め用の穴の位置は、同じ相対的全体配置を維持しながら、Ｌ字形磁極部材１４０が図２ａに示した向きとは異なる向きで切替可能な磁石ユニット１２０に装着されるように、変更されている。また、締結穴は、長い方の脚部１４４の範囲内に完全に位置しているのではなく、ユニット１２０のハウジングブロック１２４の側面の面積に匹敵する大きさの面積を有する脚部１４２および１４４間の移行領域１４８に位置しており、短い方の脚部１４２がユニット１２０の長手方向軸に対して約４５°傾けられるように配置されている。

なお、図３ｂから、特に、長い方のＬ字状脚部１４４の内縁１４５が、短い方のＬ字状脚部１４２の内縁１４３と９０°を超える角度をなし、これらの縁が接合部分において鋭いコーナーを規定していることが分かる。最後に、図３ａから最もよく分かるように、２つの磁極拡張部材１４０における長い方のＬ字状脚部１４４の内縁１４５に当接板１５０が平頭ねじ１４９によって装着される。当接板１５０は、それが装着されない場合には磁極板１４０の長い方のＬ字状脚部１４４の幅細のウエブによって提供されることになる有効磁束透過面積を拡大するという目的に役立つ。

ガントリに懸架されたロボットアーム８（図１）は、扇状展開・把持装置１０（１００）の操作を可能にし、該装置を空間において、図４に示したように、各磁極拡張部材４０（１４０）をそれらのＬ字状腕部４２，４４（１４２，１４４）が積層体４の横側面に対して特定の空間的配置にある状態で位置決めすることができるような向きに配置するように考案されている。この位置、つまり動作位置（図５ａ〜図５ｄも参照）は、磁極拡張部材４０（１４０）の第２の（短い方の）腕部４４（１４２）が、その水平な縁４５（１４３）をシート３の積層体４の最も上にあるシート３の上面３’の上方に近接させて（すなわち、空中に停止して）位置決めされ、最も上側のシート３に面平行に延在すること、および、第１の（長い方の）アーム４２（１４４）が、各シート３の水平な縁３’’に対向して位置し、第１の（長い方の）腕部４２（１４４）の垂直に延びる縁４３（１４５）と積層体４の側面との間に小さいエアギャップＡＧを維持していることによって、特徴付けられる。

図６〜図８は、ＥＯＡＴ（磁気装置）３００が図１〜図４を参照しながら説明した磁気ユニットと同一の構成の２つの磁石ユニット３２０を有する、さらなる２つの類似した実施形態を示す。図６および図７に係る図示した実施形態においては、一方の切替可能な磁気ユニット３２０だけが、ＥＯＡＴユニット３００をロボットアーム（図示せず）における連結ユニットに固定することができる、図３ａおよび図３ｂに示したものと同様のプレートマウント３２２の形態の装着部材を含んでいる。他方の実施形態、つまり図８においては、連結ユニット全体が省略されている。当業者には当然ながら、非鉄金属または磁化不可能な鋼からなり得るこのような装着構成要素を、図８に示した切替可能な磁石ユニット３２０自体かまたは磁極拡張板もしくは構造３６０かのいずれかに装着することができることが理解されるであろう。

Claims (11)

1. 強磁性シート材の積層体から最も外側のシート材を磁気的に取り出し（unstacking）磁気的に把持するための磁性シート扇状展開・把持装置であって、
   前記扇状展開・把持装置（１０；１００）を強磁性シート（３）の積層体（４）の横側面に位置合わせするように構成された位置決め装置（８）に前記扇状展開・把持装置（１０；１００）を着脱可能に固定するための継ぎ手を有する支持構造（２２；１２２）と、 前記支持構造（２２；１２２）に搭載された一対の強磁性扇状展開用磁極拡張部材（４２；１４２）であって、各扇状展開用磁極拡張部材（４２；１４２）が、前記シート（３）の積層体（４）の前記側面と対向関係になったときに少なくともいくつかの最も上側の積み重ねられたシートにわたるのに十分な長手方向延出部（longitudinal extension）を有する、一対の強磁性扇状展開用磁極拡張部材と、
   前記支持構造（２２；１２２）に搭載された一対の強磁性把持用磁極拡張部材（４４；１４４）であって、各把持用磁極拡張部材（４４；１４４）が、前記扇状展開用磁極拡張部材（２２；１２２）の前記長手方向延出部に対して傾けられ、シート縁を超えて延びかつ前記シート（３）の面の一部にわたるのに十分な長さを有する当接面（４５；１４５）を有し、前記当接面（４５；１４５）が、前記強磁性シートの積層体（４）の前記最も外側のシート（３）を受け取り磁気的に固定するように機能する、一対の強磁性把持用磁極拡張部材と、
   少なくとも１つのオンオフ切替可能な永久磁石ユニット（２０；１２０）を含み、前記扇状展開用および把持用磁極拡張部材（４２；１４２；４４；１４４）の各対における前記磁極拡張部材の一方を同じ極性に磁化し、前記各対における前記磁極拡張部材の他方を反対極性を有するように磁化するためのオンオフ切替可能な磁石構成と、を含み、
   前記磁石構成（２０；１２０）をオン位置に切り替え、前記一対の扇状展開用磁極拡張部材（４２；１４２）を前記積み重ねられたシートの前記側面における前記シート縁に近接して対向させることによって、（ｉ）前記積層体（４）の少なくとも前記最も外側およびその下のシート（３）の縁領域内にＮ−Ｓ磁界が誘起され、（ｉｉ）前記シート（３）間に、前記扇状展開用磁極拡張部材（４２；１４２）の前記長手方向延出部に沿って前記最も外側のシートを前記積層体（４）から扇状に広げて前記その下のシート（３）から引き離そうとする反発力が生じ、（ｉｉｉ）前記最も外側のシート（３）が前記把持用磁極拡張部材（４４；１４４）に向けて付勢され、そこで、前記最も外側のシート（３）が前記把持用磁極拡張部材（４４；１４４）の前記当接面（４５；１４５）に接触して前記最も外側のシート（３）が前記扇状展開・把持装置に磁気的に固定される、ように機能する、磁性シート扇状展開・把持装置。
2. 前記オンオフ切替可能な磁石構成（２０；１２０）が、前記装置の扇状展開および把持機能をそれぞれ単独でまたは互いに同期させて選択可能であるように、２つのオンオフ切替可能な磁石ユニット（３２０）を含み、前記磁石ユニット（３２０）の一方が前記把持用磁極拡張部材（３４４）を磁化するためのものであり、前記磁石ユニット（３２０）の他方が前記扇状展開用磁極拡張部材（３４２）を磁化するためのものである、請求項１に記載の磁性シート扇状展開・把持装置。
3. 前記オンオフ切替可能な磁石構成（２０；１２０）が、前記把持用磁極拡張部材（４４；１４４）および扇状展開用磁極拡張部材（４２；１４２）のそれぞれの対を含む一対の磁極拡張部材（４０；１４０）を反対極性に磁化させるように構成された１つのオンオフ切替可能な磁石ユニット（２０；１２０）を含む、請求項１に記載の磁性シート扇状展開・把持装置。
4. 前記把持用磁極拡張部材（４４；１４４）の一方と前記扇状展開用磁極拡張部材（４２；１４２）の一方とが一体に形成され、前記前記把持用磁極拡張部材（４４；１４４）の他方と前記扇状展開用磁極拡張部材（４２；１４２）の他方とが一体に形成され、前記２つの一体の磁極拡張部材（４０；１４０）が、互いに磁気的に分離されており、前記切替可能な磁石ユニット（２０；１２０）によって反対極性に分極されるように構成された、請求項１または２に記載の磁性シート扇状展開・把持装置。
5. 前記一対の把持用磁極拡張部材（４４；１４４）と前記一対の扇状展開用磁極拡張部材（４２；１４２）とが互いに一体に形成された、請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の磁性シート扇状展開・把持装置。
6. 前記把持用および扇状展開用磁極拡張部材が、２つのＬ字形強磁性金属板（４０；１４０）によって提供される、請求項５に記載の磁性シート扇状展開・把持装置。
7. 前記支持構造（２２；１２２）が、前記切替可能な磁石ユニット（２０；１２０）に取り付けられるかまたはその一部を形成する、請求項２から６のうちのいずれか一項に記載の磁性シート扇状展開・把持装置。
8. 前記支持構造が、前記切替可能な磁石ユニット（２０；３２０）のハウジングブロック（２４；３２４）に固定された板状（３２２）またはリング状（２２）の構造を含み、前記扇状展開用および把持用磁極拡張部材（４２；１４２；４４；１４４）が、前記ハウジングブロック（２４；３２４）に着脱可能に固定された、請求項２から６のうちのいずれか一項に記載の磁性シート扇状展開・把持装置。
9. ロボットアーム（８）のアーム先端ツール（ＥＯＡＴ）（１０；１００；３００）である、請求項１から８のうちのいずれか一項に記載の磁性シート扇状展開・把持装置。
10. 位置決め装置（５，６，８）と、請求項１から９のうちのいずれか一項に記載の磁性シート扇状展開・把持装置（１０；１００；３００）とを含む、磁性シート材ばらし機（de-stacker）。
11. 前記位置決め装置が、上方ガントリ（５，６）に装着されたロボットアーム（８）である、請求項１０に記載のばらし機。
    

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