(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マニピュレータに固定された第１部材（２）と、
第１折り曲げローラ（４）を有し、前記第１部材（２）に設けられた回転軸（６）回りに回転可能に接続された第２部材（３）と、
前記第１部材と前記第２部材との間に設けられ、充填された気体の圧力で前記第２部材に前記回転軸（６）回りの回転力を付与するベローズ（１５）と、
を有する折り曲げ工具。
【請求項２】
前記気体の圧力が、外部からの前記気体の供給、及び外部への前記気体の排出によって可変とされている請求項１に記載の折り曲げ工具。
【請求項３】
前記第２部材（３）にはガイドローラ（２９）が設けられ、前記ガイドローラ（２９）は、少なくとも折り曲げ作業の最終フェーズの間、加工物が載せられた支持床（２８）の側面に設けられた案内経路（３０）に当接されている請求項１又は２に記載の折り曲げ工具。
【請求項４】
前記第１折り曲げローラ（４）が、同一の軸（５、５'、５''、５'''）に回転自在に挿入された支持ローラ（２３）と平ローラ（２６）とを有し、前記支持ローラの直径が前記平ローラの直径よりも大きい請求項１〜３のいずれか１項に記載の折り曲げ工具。
【請求項５】
前記第２部材（３）が、前記第１ローラの前記軸とは異なる軸の周りを回転する第２折り曲げローラ（４）を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の折り曲げ工具。
【請求項６】
マニピュレータに固定された第１部材（２）と、第１折り曲げローラ（４）を有し、前記第１部材（２）と回転軸（６）回りに回転可能に接続された第２部材（３）と、前記第１部材と前記第２部材との間に設けられ、充填された気体の圧力で前記第２部材に前記回転軸（６）回りの回転力を付与するベローズ（１５）と、を備える折り曲げ工具による折り曲げ方法であって、
前記第２部材（３）を前記第１部材（２）対して回転させて前記第１折り曲げローラ（４）で折り曲げ加工する折り曲げ方法。
【請求項７】
前記気体の圧力が、外部からの前記気体の供給、及び外部への前記気体の排出によって可変とされている請求項６に記載の折り曲げ方法。
【請求項８】
前記折り曲げローラ（４）が、少なくとも折り曲げ作業の最終フェーズとなる最終折り曲げ加工の間に、生成された折り曲げ部の横方向に案内され、ガイドローラ（２９）が、前記加工物が載っている支持床（２８）の側面に案内経路（３０）を辿るように取り付けられている請求項６又は７に記載の折り曲げ方法。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の折り曲げ工具が取り付けられた、自動車部品の折り曲げ加工用の産業用ロボット。
【請求項１０】
請求項６〜８のいずれか１項に記載の折り曲げ方法により折り曲げ加工する、自動車部品の折り曲げ加工用の産業用ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、マニピュレータに固定された第１の部材と、第１の部材に可動に接続され、かつ第１折り曲げローラを有する第２の部材と、第１の部材と第２の部材との間の相対的移動が、移動によって増加された力の作用下でなされうるよう配置されたばねとを備えた自動ロール折り曲げ加工用の折曲げ工具に関する。
【０００２】
本発明は、また、マニピュレータに固定された第１の部材と、第１の部材に可動に接続され、かつ折り曲げローラを有すると共に、第１の部材から離れる方向のばねの力によって第１の部材から離れる方向に付勢される第２の部材とを有する折り曲げ工具によるロール折り曲げ方法に関する。
【０００３】
最後に、本発明は、また、上記に概要を述べた折り曲げ工具の使用及び上記に概要を述べた方法の実用化に関する。
【０００４】
背景技術
２枚の板金部品を接合する際、表面の仕上げに対する要求が高い場合には、溶接よりも好ましい代替手段としてしばしば折り曲げ加工が用いられる。折り曲げ加工処理は、加工物の一方に、第２の加工物の上に突出するエッジ部が与えられ、そのエッジ部が第２の加工物を上から包むように折り曲げられ、第２の加工物のエッジが第１の加工物とその折り返されたエッジ部との間に収容されるように第２の加工物に対して付勢されるというようなものである。一般的に、上述の第１の加工物のエッジ部を折り返すために、エッジ部の長手方向に変位するローラが用いられる。
【０００５】
ヨーロッパ特許第５７７８７６号は、産業用ロボットに搭載された折り曲げ装置を開示している。この公報に記載されている装置は、ロボットの動作装置に動かないように固定された第１のガイド部材と、第１のガイド部材の凹部に収容され位置を変化しうるように案内される第２のガイド部材とを有する。これにより、２つのガイド部材は共に入れ子構造を形成する。相互に可動な２つのガイド部材の間には、ガイド部材間の運動に作用するばねが配設されており、ガイド部材の互いに向かい合う運動に対しては反作用的な運動をするよう方向づけられている。上記の構造は、適切な折り曲げの結果を得るために必要な、ロボットの動作装置からの離間及び接近という折り曲げローラの動作には適っている。しかし、選択されたガイドの構造の故に、折り曲げローラの動作の精度は非常に劣っている。
【０００６】
上記に概要を述べた構造では、折り曲げローラは、また、第２のガイド部材の動作方向に一致する入れ子構造の長手方向に対し、その側部外方にかなり離れて配置されている。これにより、ガイド部材に対して斜めに荷重がかかると、“引き出しのかしぎ効果”を生ずる恐れがある。そのように斜めに荷重がかかると、折り曲げローラの側方への大きな突出が折り曲げローラにおける大きな動きを与えるために、入れ子式のガイドの中で一番小さいものに遊びが生じ、動作の精度を劣悪なものにする。更に、相互に可動な構成要素が、他の場合よりもかなり激しく摩耗する恐れがある。
【０００７】
従来技術の装置は折り曲げローラを１つしか有していないため、再調整作業や再整備に時間がかかる結果となる。
【０００８】
発明の開示
本発明の目的は、従来技術に固有の欠点を取り除くという前置きをもって公表される折り曲げ工具を設計することである。詳細には、本発明の目的は、折り曲げローラが従来技術を用いて達成できるよりもかなり高い精度の案内を有するという態様で、折り曲げ工具を設計することである。更に、本発明の目的は、折り曲げローラの寿命をきたす又は動作のパターンに影響を及ぼす斜め荷重を受けない折り曲げ工具を実現することである。最後に、本発明の目的は、また、使用時に非常に頑強で動作的に信頼性のある折り曲げ工具を実現することである。
【０００９】
本発明の基礎をなす目的は、前置きで示された折り曲げ工具が、第２の部材が第１の部材に回転可能に接続されていると特徴づけられる場合に達成される。
【００１０】
その場合に、折り曲げローラを有する第２の部材は、原則として振り子運動を行い、その案内は、折り曲げローラが側方にかなり突出している入れ子構造の場合よりもかなり高い精度で行うことができる。更に、この構造の結果、斜めに荷重がかかる傾向は解消又は低減される。
【００１１】
本発明の別の目的は、折り曲げ工具の精度を更に高めることである。
【００１２】
本発明によると、これは、折り曲げ工具が支持ローラ及び平ローラを含み、支持ローラの直径が平ローラの直径よりも大きく、これらのローラが同じ軸の周りを自由に回転するように配置されることで達成される。
【００１３】
これらの特徴の結果、折り曲げ精度がマニピュレータの動作パターンの正確さ及び折り曲げ工具の精度に依存するだけではなく、支持ローラが加工物又は加工物が載っているその面に当接することで更に向上され得るという利点がもたらされる。
【００１４】
折り曲げ加工の、特に横方向（横向き）の精度の更なる向上は、いわゆる最終折り曲げである結合部の最終的な圧縮においてガイドローラを用いる場合に達成される。このガイドローラは、加工物が載る床と一体になっているその床の部分であってもよい案内経路に当接するように配置される。ガイドローラ及び折り曲げローラの軸は互いに略直角に交差する。その結果、個々のローラの当接圧力はそれぞれ独立して調整できる。従って、作動させずに加工物に対する折り曲げローラの当接圧力に影響を与えることができる。
【００１５】
更に、本発明の目的は、本発明による装置の柔軟性及び生産能力を向上させることである。
【００１６】
この目的は、折り曲げ工具が、第１のローラの軸とは異なる軸の周りを回転する第２の折り曲げローラを含む場合に達成される。
【００１７】
これらの特徴の結果、折り曲げ工具には、新たな加工フェーズを開始する前に、加工物に対する新たな配向を与えるだけでよいという利点がもたらされる。
【００１８】
最後に、本発明の目的は、折り曲げ工具に含まれるばねのばね定数を変える可能性を実現することである。
【００１９】
この目的は、ばねが、気体を含む拡張可能なべローズを有する気体ばねを備えることによって達成される。
【００２０】
その結果、折り曲げ工具には加工物に当接する力を迅速に変化させる可能性が与えられる。
【００２１】
次に、添付の図面を参照して本発明をより詳細に述べる。
【００２２】
好ましい実施形態の説明
以下、本発明を産業用ロボットに適用した例を用いて説明する。しかし当然ながら、他の任意のタイプの動作装置、又は、加工物と折り曲げツールとの間に必要な相対的動作パターンを生成できるマニピュレータに、本発明を適用することも可能である。マニピュレータは、実際には、加工物に当接し且つ加工物に沿って回転する折り曲げローラを含む。従って、“マニピュレータ”という用語は、固定配置された折り曲げツールに対して加工物の位置を変える装置、及び、装置内で加工物と折り曲げツールの両方が移動する装置も包含するよう、広く解釈されるべきである。
【００２３】
折り曲げ加工の際、加工物は、支持床２８（図９のみに示す）上に載っている。支持床２８は、部分的には、折り曲げ部の仕上がり形状を決定する機能を果たすと共に、部分的には、折り曲げ作業の最終フェーズの間、加工物が折り曲げローラで加工されている際の、加工物に対する当接面として機能する。
【００２４】
図１において、破線は、産業用ロボットに含まれる動作装置又はマニピュレータを示す。このマニピュレータは、産業用ロボットの、非常に複雑な動作パターンに沿って動くと共にロボットが扱うようなエンドエフェクタ又は装置を固定する役割をする部分である。参照番号２及び３は、第１及び第２の支持部材にそれぞれ関係し、第１又は上部支持部材２は、適切なボルト結合及びそれに関連づけられたガイド面によって、ロボットのマニピュレータ１に固定されている。第２又は下部支持部材３は、いずれかの側で、共通の第１軸５の周囲を回転可能な第２支持部材に対して回転可能に軸支された折り曲げローラ４を支持している。折り曲げローラ４は、折り曲げられる加工物のエッジ部に接触して付勢する、即ち、折り曲げ経路に沿って移動するよう意図されている。本発明による装置を、例えばロボットの動きによっては、縦軸２４（図３）の周囲で回転させることで、二つの折り曲げローラを交換してもよい。
【００２５】
第２支持部材３は、第１支持部材２に対して可動であり、詳細には、第１軸５及びマニピュレータ１における支持部材２の固定位置からある距離に位置する第２軸６の周囲を第１支持部材２に対して枢動すると共に、示されている実施形態では、第１軸５と平行である。これは、第２支持部材３が、第２軸６の周囲で、振り子のような枢動運動を行うことができるということを示し、それにより、第１軸５と折り曲げローラ４を一方として、他方となるロボットのマニピュレータ１との間の距離を、この枢動運動の結果、変えることができる。
【００２６】
本発明による装置が動作中には、マニピュレータ１の軸５に略直行する方向への作用の下で、装置は折り曲げ経路、即ち、支持床２８（図９）上に載っている又は動かないように締め付けられている加工物のエッジ部に沿って位置を変化させる。他の角度であってもよい。折り曲げローラ４の、マニピュレータ１に対して接近及び離間する枢動可動性の結果、折り曲げローラは、第１軸５及び折り曲げ経路に沿う折り曲げローラ４の動きで画定される平面と交わる方向へも可動である。その結果、折り曲げローラ４は、第１支持部材２に相対する第２支持部材３の枢動運動の作用下で、折り曲げ経路、即ち加工物に対して接近及び離間するように移動できる。
【００２７】
軸５及び６は、先に示したように、現在説明している実施形態では、互いに略平行であるが、離間配置されている。これを達成するために、下部、即ち第２支持部材３はほぼＬ字形であり、折り曲げローラ４は短い方のシャンクの自由端部の近傍に配置され、一方、第２軸６は長い方のシャンクの自由端部の近傍に配置されている。
【００２８】
第１支持部材２、即ち、マニピュレータ１に固定されている支持部材は、延展する平坦な形状で、マニピュレータ１に当接する上向きの面２７を有する第１端部７を有し、支持部材２は、上述のボルト結合及び適切なガイド面によって、マニピュレータ１に位置決めされて固定されている。第１支持部材２の反対側の第２端部８は、第２軸６の近傍に位置する。支持部材の第２端部８は、マニピュレータ１とは反対側を向いている側に、２つの互いに平行なラグ９及び１０を有し、それらの間には、第２支持部材３の長い方のシャンクが収容され、上述の枢動又は振り子運動以外のあらゆる動きが妨げられるように案内される。２つの支持部材の枢動又は回転可能な接続は、ラグ９及び１０の両方を貫通する軸ピン１１と、第２、即ち下部支持部材３のブッシングを備えたアパチャーとによって達成される。２つのラグ９及び１０の内側と第２支持部材３の側面との間には、第２即ち下部支持部材３が第１支持部材２に対して軸ピン１１の軸方向及び半径方向に正確に案内されるように、軸ワッシャー１２及び１３が配設されている。
【００２９】
下部支持部材３の枢動能力を制限するために、下部支持部材３は、第２軸６の周囲に伸張する弧状の湾曲したアパチャー（図示せず）を有し、該アパチャーを通って係止ピン１４が延在している。係止ピン１４は、ラグ９及び１０の両方に固定されている。
【００３０】
上述したように、折り曲げローラ４は、ロボットのマニピュレータ１に対して接近及び離間し、第１軸５及び折り曲げ経路に沿った折り曲げローラ４の移動方向によって画定される平面を二等分する方向に可動である。この、折り曲げローラ４の、マニピュレータ１に対して接近及び離間すると共に折り曲げ経路、即ち加工物に対して接近及び離間する動作は、気体圧力媒体によって作動可能な内部ベローズ１５を含むばね部材の影響を受ける。ベローズ１５は、上述の気体圧力媒体を迅速に供給又は排出するために装置と連通している圧力媒体用の注入口１６を有する。これにより、ばね１５のばね定数を迅速に調整できる。ベローズ１５の内部を加圧すると、マニピュレータから離間する方向、即ち加工物に向かう方向に折り曲げローラ４の位置を変えようとするばねの力が生ずる。マニピュレータ１が折り曲げ経路に対して動かないように固定されていると見なされる場合には、べローズ１５の内圧の変化は、折り曲げローラ４が加工物に当接する力の変化も意味することになる。図面から明らかなように、べローズ１５は２つの支持部材２及び３の間、詳細には、マニピュレータ１と協働する第１支持部材２の端部７の付近に配置されている。
【００３１】
図５は、第２即ち下部支持部材３の下部端部における折り曲げローラ４の固定を示す。図面から明らかなように、支持部材は、ねじ１８によって支持部材に固定可能な下部軸受カバー１７を有する。軸受カバー及び下部支持部材３の下部端部は共に、転がり軸受２０を収容しかつ動かないように固定するためのシート１９を有する。転がり軸受２０は短軸２１を収容しており、短軸２１は両端に、折り曲げローラ４をねじ込んで位置決めできるねじ切りされた穴を有する。（図５に示されている折り曲げローラは、図１〜３に示されているものとは異なり、それにより、折り曲げローラがいかに容易に交換可能であるかを示す。）折り曲げローラの所定位置へのねじ込みを容易にするために、折り曲げローラ及び短軸２１はキー溝２２を有する。
【００３２】
図６は、本発明による装置の変形した実施形態を示す。この実施形態では、軸５（又はその相対物）は、支持ローラ２３ａ及び平ローラ２６ａを有する折り曲げローラ４を支持する。しかし、好ましくは、２つの平ローラ２６ａ及び２６ｂ並びに２つの支持ローラ２３ａ及び２３ｂを有してもよく、一つの指示ローラ及び一つの平ローラがそれぞれ軸５の両端部の一方に配置されていてもよい。図面から明らかなように、支持ローラはそれぞれの平ローラよりも直径が大きく、加工物又は加工物が載っている支持床２８に対して回転及び支持するよう意図されている。更に、全てのローラはそれぞれの軸の周りを個々に回転可能である。
【００３３】
この実施形態の変形例が、図６の破線５'''によって示されており、これは、ローラ４ａ、４ｂ、２３ａ及び２３ｂの回転軸５'''が、元の軸５と同一平面上にあるものの、軸５に対して傾いていることを示している。
【００３４】
上記では、１つのローラ又は複数のローラ（ガイドローラ及び折り曲げローラ）を支持する軸５は第２支持部材３の枢動軸６と平行であると説明してきた。別の実施形態では、これは必要ではなく望ましくもない。よって、軸５、より正確には上述したその相対物は、図３及び６に示されている、ロボットのマニピュレータ１に当接している第１支持部材２の上面２７に垂直な縦軸２４についての任意の配向を有してもよい。更に、軸５の相対物である５'、５''及び５'''に、図３に示されている、縦軸２４に対して直角をなす横軸２５についての任意の配向を与えることもできる。１つ又は複数のローラを支持する軸のそのような様々なアラインメントの例が、図６、７及び８の５'、５''及び５'''で示されている。
【００３５】
本発明は、また、１つ又は複数のローラ（ガイドローラ及び折り曲げローラ）を支持している下部支持部材３の部分が、１つ以上のローラをそれぞれ支持するための１つ以上の軸を有する実施形態も含む。これらの軸は、上記に示した全ての配向を有することができ、互いに平行であってもよく、又は互いに角度をなしていてもよい。
【００３６】
図９は、本発明の更に他の実施形態を示す。この実施形態には、少なくとも折り曲げ作業の最終フェーズの間、この目的のために支持床２８に設けられた案内経路３０に沿って走行することによって、折り曲げローラ４の動作経路を案内し、その精度を向上させるよう意図されたガイドローラ２９が含まれている。
【００３７】
図９に示されている実施形態では、ガイドローラ２９は、折り曲げローラ４の回転軸５に対して略直角であり、図６に示されている縦軸２５とほぼ平行な回転軸３１を有する。しかしながら、ガイドローラ２９の軸３１の配向は必ずしも上記の通りである必要はないが、支持床２８の案内経路３０の配向に合わせて構成されなければならない。
【００３８】
図９に示されている実施形態では、ガイドローラ２９は、プラスチックやゴム材料といった弾性的に可撓性の材料又は弾性材料でコーティングされた走行経路を有してもよい。或いは、そのような材料が案内経路３０上に配置されてもよい。
【００３９】
最後に、本発明は、べローズ１５が、皿ばね、コイルばね、うず巻ばね、ねじりばね、板ばね等の他のばねによって置き換えられた又は補われた実施形態も含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による装置の斜視図である。
【図２】  図１の矢印Ａの方向から見た本発明による装置を示す図である。
【図３】  図１の矢印Ｂの方向から見た側面図である。
【図４】  本発明による装置の分解図である。
【図５】  折り曲げローラを保持する装置の構成要素の拡大分解図である。
【図６】  図１の矢印Ａの方向から見た本発明による装置の第１の変形した実施形態を示す図である。
【図７】  本発明による装置の第２の変形された実施形態の、図３に対応する図である。
【図８】  本発明による装置の第３の変形された実施形態の、図３に対応する図である。
【図９】  本発明による装置の第４の変形された実施形態の、図６に対応する図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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