(57)【要約】【課題】  プッシャを用いて部品の嵌合挿入を行う際に、「くいつき」の発生を回避する。【解決手段】  プッシャを用いて第１部品を略水平面上の第１方向に移動させ、第２部品の開口部に嵌合挿入する部品挿入方法であって、前記第１部品が前記プッシャによって前記第１方向に押されている間に前記第２部品からの応力を受けた場合に、当該応力に応じて、前記プッシャと前記第１部品との間に前記第１方向と直交する前記略水平面上の第２方向の滑りを生じさせる。【選択図】  図６
2014030890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プッシャを用いて第１部品を略水平面上の第１方向に移動させ、第２部品の開口部に嵌合挿入する部品挿入方法であって、
前記第１部品が前記プッシャによって前記第１方向に押されている間に前記第２部品からの応力を受けた場合に、当該応力に応じて、前記プッシャと前記第１部品との間に前記第１方向と直交する前記略水平面上の第２方向の滑りを生じさせることを特徴とする部品挿入方法。
【請求項２】
前記第１部品の前記プッシャとの対向面を、前記略水平面に平行な幅方向の中央部に向かう凹状の傾斜面に形成することを特徴とする請求項１に記載の部品挿入方法。
【請求項３】
前記プッシャの先端部を、前記凹状の傾斜面がなす角度より鋭角に尖らせることを特徴とする請求項２に記載の部品挿入方法。
【請求項４】
前記プッシャの先端部に、前記第２方向にスライドするスライド部を設けることを特徴とする請求項１に記載の部品挿入方法。
【請求項５】
前記スライド部は、
前記プッシャの先端部に固定された前記第２方向のレールと、
前記レールに沿って移動可能なスライダと、
を有することを特徴とする請求項４に記載の部品挿入方法。
【請求項６】
第１部品を略水平面上の第１方向に移動させ、第２部品の開口部に嵌合挿入する部品挿入装置であって、
前記第１部品を前記第１方向に押すプッシャと、
前記プッシャの先端部に設けられ、前記第１方向と直交する前記略水平面上の第２方向にスライドするスライド部と、
を備えることを特徴とする部品挿入装置。
【請求項７】
前記スライド部は、
前記プッシャの先端部に固定された前記第２方向のレールと、
前記レールに沿って移動可能なスライダと、
を有することを特徴とする請求項６に記載の部品挿入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品挿入方法および部品挿入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、工場の製造ラインなどにおいては、様々な産業用ロボットが用いられ、組立作業の自動化が図られている。また、工場で自動化が行われている組立作業としては、穴や溝、壁面間などの開口部を有する被挿入部品の開口部に、挿入部品を嵌合挿入する挿入作業がある。
【０００３】
例えば、特許文献１では、ロボットの先端に設けられたチャック機構によって挿入部品を把持して、被挿入部品の穴に嵌合挿入する部品自動組立装置が開示されている。また、特許文献１の部品自動組立装置では、ＲＣＣ（REMOTE CENTER COMPLIANCE）と、ＲＣＣに対して作用する力を計測する力覚センサとを用いて、把持した挿入部品の位置や姿勢を補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２４１７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の部品自動組立装置では、チャック機構による挿入部品の把持や、力覚センサによる力の計測に時間がかかり、高速組立には適していない。
【０００６】
ここで、挿入部品を把持することなく、プッシャを用いて一方向に押すことによって、被挿入部品の開口部に挿入部品を嵌合挿入する挿入作業をより高速に行うことができる部品挿入装置の構成の一例を図１７ないし図２０に示す。ここで、図１７および図１８は、それぞれ挿入作業開始時の状態を示す側面図および平面図であり、図１９および図２０は、それぞれ挿入作業完了時の状態を示す側面図および平面図である。
【０００７】
なお、以下の説明において、図中のｚ軸方向は、水平面に対する垂直方向に対応し、ｙ軸方向は、プッシャの移動方向に対応し、ｘ軸方向は、被挿入部品の開口部およびプッシャの幅方向に対応するものとする。また、図中の各座標軸は、矢印の方向で＋方向を表すとともに、×印付きの丸印で紙面の手前から奥に向かう方向が＋方向であることを示し、黒丸付きの丸印で紙面の奥から手前に向かう方向が＋方向であることを示している。
【０００８】
図１７ないし図２０に示すように、部品挿入装置１は、プッシャ１１を備えている。また、部品挿入装置１の略水平面上には、挿入部品７（第１部品）が置かれている。そして、プッシャ１１は、挿入部品７を押して＋ｙ軸方向（第１方向）に移動させ、被挿入部品９（第２部品）の溝９１（開口部）に嵌合挿入する。なお、被挿入部品９が有する開口部は、例えば穴であってもよいが、以下の説明において、＋ｚ軸方向から見た平面図によって挿入部品７との位置関係を示すため、−ｙ軸方向および＋ｚ軸方向に開口した溝９１としている。
【０００９】
ところで、図１７および図１９においては、一点鎖線で示される溝９１、挿入部品７、およびプッシャ１１の幅方向における中心線が一致しているため、挿入部品７は、正常に溝９１の奥まで挿入される。しかしながら、図２１および図２２に示すように、挿入部品７の位置がずれていたり、姿勢が傾いていたりすると、挿入部品７が溝９１の端部に引っ掛かる「引っ掛かり」が発生し、挿入ができなくなる。また、図２３に示すように、挿入部品７の幅が溝９１の幅より若干小さく、挿入部品７の姿勢が僅かに傾いている場合には、挿入作業完了前に挿入部品７が溝９１と２点で接触して動けなくなる「くいつき」が発生する場合がある。
【００１０】
そして、「引っ掛かり」が発生した場合には、挿入作業をやり直せば済むのに対して、「くいつき」が発生した場合には、挿入部品７の先端によって溝９１の内部側面が削られたり、挿入部品７が溝９１から抜けなくなったりして、より大きな問題となることがある。特に、プッシャを用いて部品の嵌合挿入を行う場合には、挿入部品の運動が拘束されないため、挿入作業開始時には挿入部品の位置や姿勢が正しくても、挿入作業の過程で挿入部品の姿勢が僅かに傾き、「くいつき」が発生する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述した課題を解決する主たる本発明は、プッシャを用いて第１部品を略水平面上の第１方向に移動させ、第２部品の開口部に嵌合挿入する部品挿入方法であって、前記第１部品が前記プッシャによって前記第１方向に押されている間に前記第２部品からの応力を受けた場合に、当該応力に応じて、前記プッシャと前記第１部品との間に前記第１方向と直交する前記略水平面上の第２方向の滑りを生じさせることを特徴とする部品挿入方法である。
【００１２】
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、プッシャを用いて部品の嵌合挿入を行う際に、「くいつき」の発生を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】「くいつき」が発生する条件を説明する図である。
【図２】「くいつき」が発生する条件を説明する図である。
【図３】挿入部品７の先端と被挿入部品９の溝９１の内部側面とが１点接触している状態（先端点接触状態）を示す図である。
【図４】挿入部品７の側面と被挿入部品９の溝９１の端部とが１点接触している状態（側面点接触状態）を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態における部品挿入方法を説明する図である。
【図６】本発明の第１実施形態において、「くいつき」の発生を回避する作用を説明する図である。
【図７】本発明の第１実施形態において、「くいつき」の発生を回避する作用を説明する図である。
【図８】本発明の第１実施形態において、安定してｘ軸方向の滑りを生じさせる構成を示す図である。
【図９】側面点接触状態における挿入部品の初期位置ｓおよび初期姿勢θの定義を説明する図である。
【図１０】図４に示した側面点接触状態において、初期位置ｓおよび初期姿勢θと「くいつき」の発生の有無との関係の一例を示す模式図である。
【図１１】図６に示した側面点接触状態において、初期位置ｓおよび初期姿勢θと「くいつき」の発生の有無との関係の一例を示す模式図である。
【図１２】本発明の第２実施形態における部品挿入方法を説明する図である。
【図１３】本発明の第２実施形態において、「くいつき」の発生を回避する作用を説明する図である。
【図１４】本発明の第２実施形態において、「くいつき」の発生を回避する作用を説明する図である。
【図１５】本発明の第２実施形態において、「くいつき」の発生を回避する作用を説明する図である。
【図１６】スライド部の他の構成例を示す図である。
【図１７】プッシャを備えた一般的な部品挿入装置の構成の一例を示す側面図である。
【図１８】プッシャを備えた一般的な部品挿入装置の構成の一例を示す平面図である。
【図１９】図１７および図１８に示した部品挿入装置において、挿入作業完了時の状態を示す側面図である。
【図２０】図１７および図１８に示した部品挿入装置において、挿入作業完了時の状態を示す平面図である。
【図２１】図１７および図１８に示した部品挿入装置において、「引っ掛かり」が発生した状態を示す図である。
【図２２】図１７および図１８に示した部品挿入装置において、「引っ掛かり」が発生した状態を示す図である。
【図２３】図１７および図１８に示した部品挿入装置において、「くいつき」が発生した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
【００１６】
＝＝＝「くいつき」が発生する条件＝＝＝
まず、図１ないし図４を参照して、幾何・力学的解析結果に基づいて、「くいつき」が発生する条件について説明する。
【００１７】
「くいつき」は、挿入部品７と被挿入部品９の溝９１とが２点で接触し、当該２つの接点で生じる摩擦力と、プッシャ１１が挿入部品７を押す力とが釣り合うことによって発生し、その条件は、２つの接点が互いの摩擦円錐内に入ることである。ここで、図１に示すように、挿入部品７の先端と溝９１の内部側面との接点をＡとし、挿入部品７の側面と溝９１の端部との接点をＢとする。このとき、接点ＡおよびＢを結ぶ力の作用線（長破線）が、接点ＡおよびＢにおける２つの摩擦円錐（短破線）の中にある場合に、「くいつき」が発生する。
【００１８】
また、図２に示すように、挿入部品７および溝９１の幅をそれぞれｈおよびＨとし、溝９１の端部から接点Ａまでの距離をｄとし、挿入部品７の姿勢を傾きθで表すこととする。このとき、接点Ａの摩擦円錐内に接点Ｂが入る条件は、摩擦係数をμとして、以下の式（１）で示される。  
2014030890.tif 000003
一方、接点Ｂの摩擦円錐内に接点Ａが入る条件は、以下の式（２）で示される。  
2014030890.tif 000004
ここで、θ０は、「くいつき」が発生し得る最小の姿勢θであり、以下の式（３）のように表される。  
2014030890.tif 000005
そして、式（１）ないし式（３）をいずれも満たす範囲で挿入部品７と溝９１とが２点で接触すると、「くいつき」が発生する。
【００１９】
ところで、「くいつき」が発生するような２点接触状態に至る直前には、挿入部品７と溝９１とは、接点ＡまたはＢの１点で接触している。したがって、このような１点接触状態から２点接触状態への遷移を回避することによって、「くいつき」の発生を回避することができる。
【００２０】
図３に示すように、挿入部品７と溝９１とが接点Ａ（挿入部品７の先端と溝９１の内部側面との接点）で１点接触している状態（以下、先端点接触状態と称する）において、プッシャ１１が挿入部品７を押すと、挿入部品７は、被挿入部品９から離脱する方向の応力を受ける。そして、当該応力によって、挿入部品７は、姿勢θが減少する方向（矢印の方向）に回転する。したがって、図３に示した先端点接触状態からは２点接触状態への遷移が起こらず、「くいつき」は発生しない。
【００２１】
一方、図４に示すように、挿入部品７と溝９１とが接点Ｂ（挿入部品７の側面と溝９１の端部との接点）で１点接触している状態（以下、側面点接触状態と称する）において、プッシャ１１が挿入部品７を押すと、挿入部品７は、姿勢θが増加する方向（矢印の方向）に回転する。したがって、図４に示した側面点接触状態からは２点接触状態への遷移が起こり、「くいつき」が発生し得る。
【００２２】
ここで、図４に示した側面点接触状態において、挿入部品７が矢印の方向に回転するのは、プッシャ１１の先端部と挿入部品７との接点Ｃで生じる摩擦力が、接点Ｂで生じる摩擦力より大きく、接点Ｂでは滑りが生じるのに対して、接点Ｃは移動しないためである。そこで、以下においては、プッシャと挿入部品との間にｘ軸方向（第２方向）の滑りを生じさせることによって、側面点接触状態から２点接触状態への遷移を回避し、「くいつき」の発生を回避することができる実施形態について説明する。
【００２３】
＜第１実施形態＞
以下、図５ないし図１１を参照して、本発明の第１の実施形態における部品挿入方法について説明する。
【００２４】
図５に示すように、本実施形態では、挿入部品８（第１部品）は、プッシャ１２との対向面が、幅方向の中央部に向かう凹状の傾斜面８１ａおよび８１ｂとなるように形成されている。なお、プッシャ１２は、先端部の幅が小さくなっている。
【００２５】
このような構成とすることによって、図６に示すように、挿入部品８の姿勢が傾き、接点Ｂにおける側面点接触状態となると、プッシャ１２の先端部と挿入部品８の傾斜面８１ａとの接点で生じる摩擦力を、接点Ｂで生じる摩擦力より小さくすることができる。そのため、プッシャ１２の先端部と傾斜面８１ａとの間にｘ軸方向の滑りが生じ、挿入部品８は、図４における挿入部品７の回転方向とは反対に、姿勢θが減少する方向（矢印の方向）に回転する。したがって、図６に示した側面点接触状態からは２点接触状態への遷移が起こらず、「くいつき」は発生しない。
【００２６】
一方、図７に示すような接点Ｂ’における側面点接触状態においては、プッシャ１２の先端部と挿入部品８の傾斜面８１ｂとの接点で生じる摩擦力が、接点Ｂ’で生じる摩擦力より小さくなる。そのため、挿入部品８は、図６における挿入部品８の回転方向とは反対方向（矢印の方向）に回転する。したがって、図７に示した側面点接触状態からも２点接触状態への遷移が起こらず、「くいつき」は発生しない。
【００２７】
このようにして、挿入部品８のプッシャ１２との対向面を傾斜面８１ａおよび８１ｂに形成することによって、プッシャ１２と挿入部品８との間にｘ軸方向の滑りを生じさせ、「くいつき」の発生を回避している。なお、挿入部品８のプッシャ１２との対向面の形状は、プッシャ１２と挿入部品８との間にｘ軸方向の滑りを生じさせるような形状であればよく、図５に示した、平面視（ＸＹ平面への正射影）において直線的なＶ字形状となるものに限定されない。例えば、当該対向面を、平面視において凹状に湾曲した弓形に形成してもよい。また、図８に示すように、プッシャ１２の先端部を、傾斜面８１ａおよび８１ｂがなす角度より鋭角に尖らせることによって、安定してｘ軸方向の滑りを生じさせることができる。
【００２８】
ここで、図９に示すように、側面点接触状態における初期位置ｓおよび初期姿勢θを定義し、図４および図６に示した側面点接触状態において、「くいつき」が発生する初期位置ｓおよび初期姿勢θの範囲をそれぞれ図１０および図１１に示す。なお、図１０および図１１においては、一例として、挿入部品７または８の幅および長さをそれぞれ３０．６ｍｍおよび７４ｍｍとし、溝９１の幅を３０．８ｍｍとし、静止摩擦係数および動摩擦係数をそれぞれ０．３および０．２としている。
【００２９】
図１０および図１１において、領域Ｘは、「くいつき」が発生しない初期位置ｓおよび初期姿勢θの範囲を示し、領域Ｚは、挿入部品７または８を置くことができない範囲を示している。また、図１０において、領域Ｙは、「くいつき」が発生する初期位置ｓおよび初期姿勢θの範囲を示している。一方、図１１において、領域Ｙ−１は、本実施形態の構成によって「くいつき」の発生を回避することができる初期位置ｓおよび初期姿勢θの範囲を示し、領域Ｙ−２は、本実施形態の構成によっても「くいつき」が発生する範囲を示している。したがって、本実施形態の構成によって、「くいつき」が発生しない初期位置ｓおよび初期姿勢θの範囲が増加している。
【００３０】
＜第２実施形態＞
以下、図１２ないし図１６を参照して、本発明の第２の実施形態における部品挿入方法について説明する。
【００３１】
図１２に示すように、本実施形態では、プッシャ１３の先端部には、ｘ軸方向にスライドするスライド部１４が設けられている。また、スライド部１４は、プッシャ１３の先端部に固定されたｘ軸方向のレール１４１、レール１４１に沿って移動するスライダ１４２、およびスライダ１４２を滑らかに移動可能とするための玉やころなどの転動体１４３を備えたリニアガイドで構成されている。
【００３２】
このような構成とすることによって、図１３に示すように、挿入部品７の姿勢が傾き、接点Ｂにおける側面点接触状態となると、スライド部１４は、挿入部品７が溝９１から受ける応力に応じて、挿入部品７から＋ｘ軸方向の応力を受ける。そのため、図１４に示すように、スライダ１４２は、レール１４１に沿って＋ｘ軸方向（矢印の方向）に移動し、挿入部品７は、姿勢θが減少する方向（矢印の方向）に回転する。さらにプッシャ１３が挿入部品７を押すと、図１５に示すように、スライダ１４２は、さらに＋ｘ軸方向に移動し、挿入部品７は、挿入部品７の姿勢が溝９１と平行、すなわち、θ＝０となるまで回転する。したがって、図１３に示した側面点接触状態からは２点接触状態への遷移が起こらず、「くいつき」は発生しない。
【００３３】
このようにして、プッシャ１３の先端部にスライド部１４（リニアガイド）を設けることによって、プッシャ１３と挿入部品７との間にｘ軸方向の滑りを生じさせ、「くいつき」の発生を回避している。なお、本実施形態では、部品挿入装置１の構成として、プッシャ１３の先端部にスライド部１４を設ければよく、挿入部品７のプッシャ１３との対向面の形状を変更する必要はない。
【００３４】
また、スライド部は、挿入部品７からの応力に応じてｘ軸方向にスライド可能な構成であればよく、リニアガイドに限定されるものではない。例えば図１６に示すように、プッシャ１３の先端部に固定された固定板１５１、ｘ軸方向に移動可能な可動板１５２、および固定板１５１と可動板１５２とを接続する弾性体１５３を備えたスライド部１５をプッシャ１３の先端部に設けてもよい。
【００３５】
前述したように、プッシャを用いて第１部品（挿入部品７，８）を押して第１方向（＋ｙ軸方向）に移動させ、第２部品（被挿入部品９）の開口部（溝９１）に嵌合挿入する部品挿入方法において、第１部品が第２部品から受ける応力に応じて、プッシャと第１部品との間に第１方向と直交する第２方向（ｘ軸方向）の滑りを生じさせることによって、「くいつき」の発生を回避することができる。
【００３６】
また、図５に示した部品挿入方法において、挿入部品８のプッシャ１２との対向面を、幅方向の中央部に向かう凹状の傾斜面８１ａおよび８１ｂとなるように形成することによって、姿勢θが減少する方向に挿入部品８を回転させて、側面点接触状態から２点接触状態への遷移を回避し、「くいつき」の発生を回避することができる。
【００３７】
また、プッシャ１２の先端部を、傾斜面８１ａおよび８１ｂがなす角度より鋭角に尖らせることによって、安定してｘ軸方向の滑りを生じさせることができる。
【００３８】
また、図１２に示した部品挿入方法において、プッシャ１３の先端部に、ｘ軸方向にスライドするスライド部１４を設けることによって、姿勢θが減少する方向に挿入部品７を回転させて、側面点接触状態から２点接触状態への遷移を回避し、「くいつき」の発生を回避することができる。
【００３９】
また、図１２に示した、挿入部品７を＋ｙ軸方向に押すプッシャ１３を備えた部品挿入装置１において、プッシャ１３の先端部に、ｘ軸方向にスライドするスライド部１４を設けることによって、プッシャ１３を用いて挿入部品７を被挿入部品９の溝９１に嵌合挿入する際に、姿勢θが減少する方向に挿入部品７を回転させて、側面点接触状態から２点接触状態への遷移を回避し、「くいつき」の発生を回避することができる。
【００４０】
また、スライド部１４を、プッシャ１３の先端部に固定されたｘ軸方向のレール１４１、およびレール１４１に沿って移動可能なスライダ１４２を有するリニアガイドで構成することによって、挿入部品７からの応力に応じてスライダ１４２がスライドして、プッシャ１３と挿入部品７との間にｘ軸方向の滑りを生じさせ、「くいつき」の発生を回避することができる。
【００４１】
なお、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【符号の説明】
【００４２】
１          部品挿入装置
７、８      挿入部品
９          被挿入部品
１１〜１３  プッシャ
１４        スライド部（リニアガイド）
１５        スライド部
８１ａ、８１ｂ  傾斜面
９１        溝
１４１      レール
１４２      スライダ
１４３      転動体
１５１      固定板
１５２      可動板
１５３      弾性体
【図１】
2014030890.tif 000006
【図２】
2014030890.tif 000007
【図３】
2014030890.tif 000008
【図４】
2014030890.tif 000009
【図５】
2014030890.tif 000010
【図６】
2014030890.tif 000011
【図７】
2014030890.tif 000012
【図８】
2014030890.tif 000013
【図９】
2014030890.tif 000014
【図１０】
2014030890.tif 000015
【図１１】
2014030890.tif 000016
【図１２】
2014030890.tif 000017
【図１３】
2014030890.tif 000018
【図１４】
2014030890.tif 000019
【図１５】
2014030890.tif 000020
【図１６】
2014030890.tif 000021
【図１７】
2014030890.tif 000022
【図１８】
2014030890.tif 000023
【図１９】
2014030890.tif 000024
【図２０】
2014030890.tif 000025
【図２１】
2014030890.tif 000026
【図２２】
2014030890.tif 000027
【図２３】
2014030890.tif 000028