JP7287338B2 - 位置決め装置および位置決め方法 - Google Patents

Description

本発明は、加工を要するワークを加工用の金型へ移動する際の位置決め装置および位置決め方法に関する。

例えば、チャックを用いた柱状ワークの搬送装置では、柱状ワークの一端をチャック機構で挟み、パレットから引き上げて取り出し、別のパレット上のハウジングへ載せ替えていた。ハウジングは、柱状ワークが挿入される穴を有しており、柱状ワークの搬送装置は、チャックの中心軸がずれないようにして柱状ワークを持ち上げ、ハウジングへ組み込んでいた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９－２７４１７１号公報

この柱状ワークの搬送装置では、複数の柱状ワークを一度につかんで、それぞれを別々の穴に挿入する場合、位置決めを容易に行うことができなかった。

例えば、発明者は、成形を行う対象として複数の柱状ワークをそれぞれロボットチャックで一度につかみ、ワークの成形用金型内へ挿入する際の位置決め装置の構成を検討した。柱状ワークは、電気鋼板を積層した円柱形状を有し、柱状体の中心軸であるシャフトが両底面側に突出している。ロボットチャックがシャフトの一方の端をつかみ、他方の端を成形用金型内の受容穴へ挿入していた。

この装置において、あらかじめ、成形用金型の位置情報が入力または伝送されていて、ロボットチャッックと成形用金型の相対的な位置関係は把握できていた。しかし、ワークの樹脂モールド加工装置では、特に、柱状ワークのシャフトと成形用金型のクリアランスが小さく、さらに、成形用金型を載せた回転テーブルの位置、回転テーブル上での金型の位置にばらつきが生じるため、挿入不良が発生しやすかった。そのため、複数のワークを同時に扱うことが困難であった。すなわち柱状ワークと成形用金型のクリアランスを考慮した精密な位置決めが必要であった。

本発明は、この点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、ワークの挿入不良の発生を低減する位置決め装置を提供することにある。

本発明に係る位置決め装置（８）は、ハンドリング部（９）によって把持される複数個のワーク（１１）を金型（４）の複数個の受容穴（１４）内へ挿入可能な位置決め装置である。

本体（１６）と、第１スライダ本体（２５）と第１ロッド（３５）と第１ピン（３６）と第２ピン（３７）とを備える。第１スライダ本体は、本体に対し第１軸（Ｘ軸）及び、第２軸（Ｙ軸）に選択的に稼働可能である。第１ロッド(３５)は、前記第１スライダ本体から第３軸（Ｚ軸）に伸縮自在である。第１ピンは、前記第１スライダ本体に固定し、前記ハンドリング部に設けた第１位置合わせ部(１７)を案内可能である。前記第２ピンは、前記第１ロッドに連結し、前記金型に設けた第２位置合わせ部（１９）を嵌合可能である。

また、第２スライダ本体（２６）と第２ロッド（４５）と第３ピン（３８）と第４ピン（３９）とを備える。第２スライダ本体は、本体に対し第１軸（Ｘ軸）及び、第２軸（Ｙ軸）方向に選択的に移動可能である。第２ロッド（４５）は、第２スライダ本体から第３軸に伸縮自在である。第３ピンは、第２スライダ本体に固定し、ハンドリング部に設けた第３位置合わせ部（１８）を案内可能である。第４ピンは、第２ロッドに連結し、金型に設けた第４位置合わせ部（２０）を嵌合可能である。

第１ピンと第３ピンがそれぞれ第１位置合わせ部（１７）と第２位置合わせ部（１８）を案内して、ハンドリング部が位置決め装置に装着される。第１スライダ本体と第２スライダ本体の追従動作に支えられて、第１ロッドと第２ロッドの動作によって第３位置決めピンと第４位置決めピンは、それぞれ第３位置決め部と第４位置決め部に嵌合する。ハンドリング部の位置が金型の位置へ位置決めされ、複数のワークを受容穴に一度に挿入できる。

また、本発明に係る位置決め方法は、位置決め装置を用いて、複数のワークを金型の複数個の受容穴内へ挿入する位置決め方法であって、前記ハンドリング部が前記ワークを把持する工程と、前記ハンドリング部の押し込みによって、前記第１位置合わせ部を前記第１ピンへ案内し、前記第２位置合わせ部を前記第３ピンへ案内する工程と、前記第１ロッドの移動によって、前記第２ピンが第３位置合わせ部へ嵌合し、前記第２ロッドの移動によって、前記第４ピンが第４位置合わせ部へ嵌合する工程と、前記ハンドリング部の押し込みによって、前記ワークを受容穴へ挿入する工程とを含む方法である。

これにより、ハンドリング部が複数個のワークを一度にはさみこみ、それぞれを金型内の受容穴へ挿入することができ、挿入不良を減少できる。

第１実施形態の位置決め装置の設置状態を示す斜視図。 第１実施形態の位置決め装置と金型とハンドリング部の位置関係を示すもので、図１のＡ方向斜視図。 第１実施形態のハンドリング部の形状を示すもので、図２のＢ方向拡大図。 第１実施形態の位置決め装置の構成を示すもので、図１のＡ方向斜視図。 第１実施形態の位置決め装置の第１ピンと第３ピンがそれぞれハンドリング部の第１位置決め部と第３位置決め部を案内するときの動作を示す断面図。 第１実施形態の位置決め装置の第２ピンと第４ピンがそれぞれ第２位置決め部と第４位置決め部に嵌合するときの動作を示すもので、図１のＡ方向斜視図。 第１実施形態の位置決め装置が使用される状態を示すもので、図１のＡ方向斜視図。 第１実施形態で説明するワークと金型と第１スライダ本体と第２スライダ本体の位置関係を示す概念図。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的同一の構成には同一の符号を付する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の位置決め装置は、柱状ワークを成形用金型に投入する位置決め装置に本発明を適用したものである。
位置決め装置１５は、ロボットアーム７に装着したハンドリング部９によって把持される複数個の柱状ワーク１１を金型４の複数個の受容穴１４内へ挿入可能とする装置である。

図１に示すように、加工場に設置される定盤６に回転可能にターンテーブル５が備えられる。ターンテーブル５は、ワーク投入領域２と加工領域３に区分けされる。このターンテーブル５は、定盤６に対し中心軸（Ａｘ）の周りに回転可能に設けられ、ワーク加工領域３から金型４をワーク投入領域２へと移動をする。ターンテーブル５は、ワーク加工用の金型４をロボットアーム７の下方に移動させる。ロボット１のロボットアーム７のハンドリング部９は、位置決め装置１５を使って、ターンテーブル５のワーク投入領域２に載置される金型４にワークを投入する。

この位置決め装置１５の本体１６は、図２に示すように、複数個の柱状ワーク１１を金型４へ投入するハンドリング部９と、柱状ワーク１１の一方の端部である挿入側端部１３をそれぞれ挿入する受容穴１４を有した金型４との間に配置される。ハンドリング部９に設けたチャック１０が、柱状ワーク１１の他方の端部であるチャック側端部１２（図３を参照）をはさみ、一方の端部である挿入側端部１３を金型４に設けた受容穴１４に挿入する際の位置決めを行う。

図３の二点鎖線で示すように、柱状ワーク１１は、両底面にシャフトが突出したワークである。ハンドリング部９は、複数個の柱状ワーク１１のシャフトであるチャック側端部１２をはさみこむチャック１０を有する。また、図２に示すように、金型４には、柱状ワーク１１の一方の端部である挿入側端部１３（シャフトの他端に相当）をそれぞれが挿入される受容穴１４を備える。

位置決め装置１５は、挿入側端部１３を受容穴１４へ挿入できるように、ハンドリング部９の位置を金型４の位置へ合わせる。

なお、図２に示すように、金型４に第２位置合わせ部１９と第４位置合わせ部２０（後述する）が設けられている。また、図３に示すように、ハンドリング部９に第１位置合わせ部１７と第３位置合わせ部１８が設けられている。また、金型４にセットされる柱状ワーク１１の位置精度を確保するために、例えば、受容穴１４は、挿入側端部１３であるシャフトの径５ｍｍ（設計上の寸法φ５＋０．０２/０）に対してクリアランスが０．０２５ｍｍと非常に小さく設定される。

図２に示すように、位置決め装置１５の本体１６は、第１アーム２１と第２アーム２２と、第１アーム２１を支える第１脚２３と、第２アーム２２を支える第２脚２４とで構成される。位置決め装置１５は、第１脚２３と第２脚２４によって平面６上に固定される。

図４に示すように、第１アーム２１と第２アーム２２は、ターンテーブル５上に張り出した骨組みの一部である。第１アーム２１には、第１スライダ本体２５が装着されている。同様に第２アーム２２には第２スライダ本体２６が装着される。第１スライダ本体２５と第２スライダ本体２６は、複数の柱状ワーク１１の列の一端側と他端側に配置可能に備える。

第１スライダ２５本体および第２スライダ本体２６は、同一の構成を有する。

まず、第１スライダ２５本体側の構成について説明をする。図４に示すように、第１スライダ本体２５は第１アーム２１に固定した第１スライダ固定板２７と第１スライダ可動板２８とを有する。第１スライダ可動板２８は、第１スライダ固定板２７に対して平行な面上の移動を可能にした移動体である。具体的には、第１スライダ固定板２７に第１スライドレール５５を介して一つの方向（図４のＸ軸）にスライドする第１スライド板３１を装着する。さらに第１スライド板３１には、第２スライドレール５６を介して９０度ずらした方向（図４のＹ軸）へスライドする第２スライド板３２を装着する。

第２スライド板３２に、第１ハンドリング部受け部３３と第１シリンダ３４を固定する。柱状ワーク１１を金型４内へ挿入する方向は、図４のＺ方向である。第１シリンダ３４は、図４のＺ方向へ第１ロッド３５を移動させるアクチュエータである。第１ロッド３５の移動方向は第２スライド板３２の面に対して垂直方向である。第１ロッド３５は、第１シリンダ３４の下面から突出する。

図２に示すように、第１ハンドリング部受け部３３の上面には、第１ピン３６が配置される。図５に示すように、第１ピン３６は、第１位置合わせ部１７を案内する。第１位置合わせ部１７は位置決め用に備えた穴である。また、図２に示すように、第１ロッド３５の先端には第２ピン３７が配置される。第１ロッド３５の移動時に第２ピン３７は、第２位置合わせ部１９に嵌合する。第２位置合わせ部１９は金型４に備えた位置決め用の穴である。

図５に示すように、第１ハンドリング部受け部３３内部には、第1付勢手段として第１バネ５１がある。第１バネ５１は、第１ピン３６に第１位置合わせ部１７に対して付勢力を付加する。図５において、付勢力の向きは上方向である。ハンドリング部９を位置決め装置１５に案内した時、図７に示すように、柱状ワーク１１は、すでに、金型４内に入っている。しかし、第１バネ５１の付勢力によって、第１ピン３６がハンドリング部９の重量を支えるため、挿入側端部１３は受容穴１４には到達しない。

次に、第２スライダ２６本体側の構成について説明をする。
第１スライダ本体２５と同様に、第２スライダ本体２６は、第２アーム２２に固定した第２スライダ固定板４７と第２スライダ可動板４８とを有する。第２スライダ可動板４８は、第２スライダ固定板４７に対して平行な面上の移動を可能にした移動体である。具体的には、第２スライダ固定板４７に第３スライドレール５３を介して一つの方向（Ｘ軸方向）にスライドする第３スライド板４１を装着する。さらに第３スライド板４１には、第４スライドレール５４を介して９０度ずらした方向（Ｙ軸方向）へスライドする第４スライド板４２を装着する。

第４スライド板４２に、第２ハンドリング部受け部４３と第２シリンダ４４が接続される。第２シリンダ４４は、柱状ワーク１１が金型４内へ挿入される方向（図４のZ軸）へ第２ロッド４５を移動させるアクチュエータである。第２ロッド４５の移動方向は第４スライド板４２の面に対して垂直方向である。第２ロッド４５は、第２シリンダ４４の下面からＺ方向へ突出する。

第２ハンドリング部受け部４３について説明する。第２ハンドリング部受け部４３は第１ハンドリング部受け部３３同一の構成を備えている。
図５に示すように、第２ハンドリング部受け部４３内部には、第２付勢手段として第２バネ５２がある。第２バネ５２は、第３ピン３８に第３位置合わせ部１８に対して付勢力を付加する。図５において、付勢力の向きは上方向である。ハンドリング部９を位置決め装置１５に案内した時、図６に示すように、柱状ワーク１１は、すでに、金型４内に入っている。しかし、第２バネ５２の付勢力によって、第３ピン３８がハンドリング部９の重量を支えるため、挿入側端部１３は受容穴１４には到達しない。

挿入側端部１３が受容穴１４に到達しない状態で、第１シリンダ３４と第２シリンダ４４が動作すると、第１ロッド３５と第２ロッド４５がＺ方向へ下降する。第１ロッド３５の先端に配置した第２ピン３７が下降して、第２位置合わせ部１９に嵌合する。また、第２ロッド４５の先端に配置した第４ピン３９が下降して、第４位置合わせ部２０に嵌合する。第２ピン３７の第２位置合わせ部１９への嵌合と第４ピン３９の第４位置合わせ部２０への嵌合によって、挿入側端部１３と受容穴１４の位置決めが完了する。ハンドリング部９は、第１バネ５１と第２バネ５２の付勢力に逆らって柱状ワーク１１を下降させる。位置決めが完了してから柱状ワーク１１を下降させることで、挿入側端部１３を受容穴１４に挿入できる。

図５に示すように、第１ピン３６は、根元部分に比べて先端部を細くした円錐台形状を有する。第１位置合わせ部１７は第１ピン３６の形状に合わせて、テーパ状に形成している。同様に、第３ピン３８は、根元部分に比べて先端部を細くした円錐台形状を有する。第３位置合わせ部１８は第３ピン３８の形状に合わせてテーパ状に形成している。これにより、第１ピン３６が第１位置合わせ部１７を案内して、また第３ピン３８が第３位置合わせ部１８を案内して、ハンドリング部９を位置決め装置１５に装着できる。

一方、図６に示すように、第２ピン３７と第４ピン３９は、円柱形状を有する。柱状ワーク１１の挿入方向は、図６に示すＺ方向である。第１ロッド３５と第２ロッド４５の動作によって、第２ピン３７と第４ピン３９をＺ方向へ下げる。そうすると、第１スライダ本体２５と第２スライダ本体２６の追従動作に支えられて、第２ピン３７と第４ピン３９がそれぞれ第２位置合わせ部１９と第４位置合わせ部２０へ嵌合する。第２ピン３７と第４ピン３９が第２位置合わせ部１９と第４位置合わせ部２０へ嵌合すると、ハンドリング部９が金型４へ位置決めできる。

上記位置決め装置１５の作動を説明する。図７に示すように、第１に、ハンドリング部９が柱状ワーク１１のチャック側端部１２を挟み込む。第２に、図５に示すように、ロボットアーム７のＸ軸、Ｙ軸での制動力を解除した状態で、ロボットアーム７が第１ピン３６に第１位置合わせ部１７を押し込み、第３ピン３８を第３位置合わせ部１８に押し込むことで、ハンドリング部９が位置決め装置１５へ案内される。第３に、図６に示すように、第１シリンダ３４を用いて金型４側の第２位置合わせ部１９に第２ピン３７を嵌合し、第２シリンダ４４を用いて第４位置合わせ部２０に第４ピン３９を嵌合することで、ハンドリング部９の位置が金型４の位置に位置決めできる。第４に、第２ピン３７が第２位置合わせ部１９へ嵌合し、第４ピン３９が第４位置合わせ部２０へ嵌合した状態で、ロボットアーム７がハンドリング部９をＺ方向へ下降させる。この時、ハンドリング部９の下降時のぶれ、または、ずれを低減することができるので、複数の柱状ワーク１１を一度に金型４内の受容穴１４に挿入することができる。柱状ワーク１１の挿入不良を低減することができる。特に、第１スライダ本体２５と第２スライダ２６本体がそれぞれ独立して動作するので、位置決め動作の自由度を増やすことができる。

図８では、金型４のセンターラインをＭＣＬで示す。また、柱状ワーク１１の初期の列をＷＣＬで示す。金型４のセンターラインに対する柱状ワーク１１の初期の列は角度θのずれがある。複数の柱状ワーク１１を並べて受容穴１４へ挿入させる場合、角度θのずれを調整して一度に挿入することが容易になる。チャック１０が柱状ワーク１１をつかんだ後、ロボットアーム７がハンドリング部９を位置決め装置１５上に移動した時、ハンドリング部９は、図８の二点鎖線で示される位置にある。このとき柱状ワーク１１の並びは二点鎖線上に位置している。その後、ロボットアーム７の押し込みによって、ハンドリング部９が位置決め装置１５に案内される。さらに、位置決め装置１５において、第１シリンダ３４と第２シリンダ４４の動作によって、第１ロッド３５と第２ロッド４５が、それぞれ第２ピン３７と第４ピン３９を金型４側の第２位置合わせ部１９と第４位置合わせ部２０に篏合する。この時ハンドリング部９の位置を図８の破線で示す位置に修正できる。ハンドリング部９の位置が修正されることで、柱状ワーク１１の列を金型４のセンターラインに合わせることができる。第１実施形態では、第１スライダ本体２５、第２スライダ２６本体が独立して追従移動するので、極座標系で金型の位置が変動する場合でも、ＸＹ座標系の動作で位置決めを行える。これにより、複数の柱状ワーク１１の挿入側端部１３を受容穴１４に一度に挿入できる。柱状ワーク１１の挿入不良の発生を低減する位置決め装置を提供できる。

また、アーマチャを製作する工程で、アーマチャに相当する柱状ワークにモールド成形を加えることがある。本発明による位置決め装置は、アーマチャを製造するためのワークに適用することができる。この場合、ワークの挿入側端部は、アーマチャ本体から突出したシャフトに相当する。シャフトを金型の受容穴へ挿入する時、精度の高い位置決めを行うことができる。

（その他の実施形態）
本発明の位置決め装置において、第１スライダ本体と第２スライダ本体に配置した位置決めピンは、位置と数量の限定はない。ハンドリング部を位置決め装置側へ案内できればよい。また、第１スライダ本体と第２スライダ本体に配置した位置決めピンは、位置と数量に限定はない。第１シリンダと第２シリンダの動作により位置決めピンを位置決め穴に嵌合することができればよい。特に水平度を安定させるために、位置決めピンと対応する位置決め穴の数量をそれぞれ増やすことができる。

本発明は実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

４・・・金型、 ９・・・ハンドリング部、
１１・・・柱状ワーク、 １４・・・受容穴、
１５・・・位置決め装置、 １６・・・本体
１７・・・第１位置合わせ部、 １８・・・第３位置合わせ部、
１９・・・第２位置合わせ部、 ２０・・・第４位置合わせ部、
３４・・・第１シリンダ、 ３５・・・第１ロッド、
３６・・・第１ピン、 ３７・・・第２ピン、
３８・・・第３ピン、 ３９・・・第４ピン、
４４・・・第２シリンダ、 ４５・・・第２ロッド。

Claims (6)

1. ハンドリング部（９）によって把持される複数個のワーク（１１）を金型（４）の複数個の受容穴（１４）内へ挿入可能な位置決め装置であって、
   本体（１６）と、
   本体に対し第１軸（Ｘ軸）及び第２軸（Ｙ軸）方向に選択的に移動可能な第１スライダ本体（２５）と、
   前記第１スライダ本体から第３軸（Ｚ軸）方向に伸縮自在な第１ロッド（３５）と、
   前記第１スライダ本体に固定し、前記ハンドリング部に設けた第１位置合わせ部（１７）を案内可能にする第１ピン（３６）と、
   前記第１ロッドに連結し、前記金型に設けた第２位置合わせ部（１９）を嵌合可能にする第２ピン（３７）と、
   本体に対し第１軸及び第２軸方向に選択的に移動可能な第２スライダ本体（２６）と、
   前記第２スライダ本体にから第３軸方向に伸縮自在な第２ロッド（４５）と、
   前記第２スライダ本体に固定し、前記ハンドリング部に設けた第３位置合わせ部（１８）を案内可能にする第３ピン（３８）と、
   前記第２ロッドに連結し、前記金型に設けた第４位置合わせ部（２０）を嵌合可能にする第４ピン（３９）と、
   を備える位置決め装置。
2. 前記第１スライダ本体は、前記ワークの並ぶ列方向の一端側に設けられ、前記第２スライダ本体は、前記ワークの並ぶ列方向の他端側に設けられる請求項１記載の位置決め装置。
3. 前記第１スライダ本体は、前記第１ピンを前記第１位置合わせ部に対して付勢する第１付勢手段（５１）を備え、
   前記第２スライダ本体は、前記第３ピンを前記第３位置合わせ部に対して付勢する第２付勢手段（５２）を備える請求項１または２に記載の位置決め装置。
4. 前記第１ピンと第３ピンは、テーパピンである請求項１から３のいずれか一項に記載の位置決め装置。
5. 前記第２ピンと第４ピンは、ストレートピンである請求項１から４のいずれか一項に記載の位置決め装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の位置決め装置を用いて、複数のワークを金型の複数個の受容穴内へ挿入する位置決め方法であって、
   前記ハンドリング部が前記ワークを把持する工程と、
   前記ハンドリング部の押し込みによって、前記第１位置合わせ部が前記第１ピンへ案内され、前記第２位置合わせ部が前記第３ピンへ案内される工程と、
   前記第１ロッドの移動によって、前記第２ピンが第３位置合わせ部へ嵌合し、前記第２ロッドの移動によって、前記第４ピンが第４位置合わせ部へ嵌合する工程と、
   前記ハンドリング部の押し込みによって、前記ワークを受容穴へ挿入する工程と、
   を含む位置決め方法。

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