(57)【要約】  【課題】三次元方向の位置決め機能とクランプ機能を有しながらも、設備の大型化を招くことなく、ワーク着座面を任意の位置に変更可能としてその自由度と汎用性を向上させた位置決めクランプ装置を提供する。  【解決手段】位置決めクランプすべきワークＷの高さ位置に応じて位置決めロッド４が上下方向に変位し、ワークＷが下降限位置に達したならばブレーキ装置２にて位置決めロッド４をロックする。次いで、クランプシリンダ１にて位置決めロッド４内のクランプアーム１６を引き下げて、ワーク着座面１３との間にワークＷをクランプする。  【選択図】  図４
2005246559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク着座面とこのワーク着座面から突出するロケートピンとを先端部に有する位置決めロッドと、この位置決めロッドを支持する支持体と、ロケートピンを含む位置決めロッド内に内挿されて、位置決めロッドの軸心方向にスライド変位することでワークのクランプ，アンクランプを司るクランプアームとを備え、
上記ロケートピンをワーク側のロケート穴に挿入しつつそのロケート穴の周縁部にワーク着座面を着座させることでワークを位置決めした上で、クランプアームをクランプ動作させることによりワーク着座面とクランプアームとをもってワークをクランプするようにした位置決めクランプ装置であって、
上記支持体に対し位置決めロッドをその軸心方向にスライド可能に支持させるとともに、
その位置決めロッドをワーク側のロケート穴に対する挿入方向と同方向に付勢する付勢手段と、位置決めロッドをスライド方向の任意の位置にロックするロック手段とを設けたことを特徴とする位置決めクランプ装置。
【請求項２】
上記クランプアームを少なくともクランプ動作させるクランプアクチュエータを備えていて、
このクランプアクチュエータのピストンロッドがピンを介してクランプアームに連結されているとともに、
クランプアクチュエータ自体が支持体を兼ねていることを特徴とする請求項１に記載の位置決めクランプ装置。
【請求項３】
上記位置決めロッドが付勢手段の付勢力に抗してスライド変位する際には、位置決めロッドはピストンロッドに対して底突き着座状態にあって、且つそれら位置決めロッドとピストンロッドが一体的にスライド変位するようになっていることを特徴とする請求項２に記載の位置決めクランプ装置。
【請求項４】
上記位置決めロッドが付勢手段の付勢力に抗してスライド変位する際に、その位置決めロッドはピストンロッドと一体のピストンに対して底突き着座状態にあることを特徴とする請求項３に記載の位置決めクランプ装置。
【請求項５】
上記ロック手段は常態をロック状態とするタイプのものであって、外部からの作動流体の導入によりアンロック状態となるように設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の位置決めクランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パネル状のワークを位置決めした上でこれをクランプする位置決めクランプ装置に関し、特に自動車の車体組立工程において各種の車体パネルを位置決めクランプするにあたり、ワーク側のロケート穴にロケートピンを挿入，着座させた上で、実質的にそのロケートピンに内蔵されているクランプアームをもってロケート穴の周縁部をクランプするようにした位置決めクランプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の位置決めクランプ装置として特許文献１〜３に記載のものが提案されている。これらの特許文献１〜３に記載のものはいずれも基本原理は同じであって、ロケートピンをワーク側のロケート穴に挿入することで二次元方向の位置決めを行いながら、そのロケートピンの根元部のワーク着座面にロケート穴の周縁部を着座させることで残りの一次元方向の位置決めを行い、その状態でロケートピンに内蔵されているクランプアームとワーク着座面とをもってワークをクランプするようになっている。
【特許文献１】特開２００２−２７４４５１号公報
【特許文献２】特開２００２−２２５７５９号公報
【特許文献３】特開２０００−１７６８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような従来の位置決めクランプ装置によれば、位置決めクランプ装置そのものを自律動作が可能な産業用ロボット等に持たせた場合を除き、一般的にはワーク着座面は定位置固定式のままである。したがって、例えば水平状態にあるワークを下側から支えつつこれを位置決めクランプするにあたり、高さ位置が異なるワークの位置決めクランプに対応しようとすると、必然的に別のアクチュエータもしくはサーボ駆動系等を付帯させて位置決めクランプ装置全体を上下動させる必要があり、設備の大型化を招くこととなって好ましくない。
【０００４】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、従来と同様に三次元方向の位置決め機能とクランプ機能を有しながらも、設備の大型化を招くことなく、ワーク着座面を任意の位置に変更可能としてその自由度と汎用性を向上させた位置決めクランプ装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、従来と同様に、ワーク着座面とこのワーク着座面から突出するロケートピンとを先端部に有する位置決めロッドと、この位置決めロッドを支持する支持体と、ロケートピンを含む位置決めロッド内に内挿されて、位置決めロッドの軸心方向にスライド変位することでワークのクランプ，アンクランプを司るクランプアームとを備え、上記ロケートピンをワーク側のロケート穴に挿入しつつそのロケート穴の周縁部にワーク着座面を着座させることでワークを位置決めした上で、クランプアームをクランプ動作させることによりワーク着座面とクランプアームとをもってワークをクランプするようにした位置決めクランプ装置であることを前提とする。
【０００６】
その上で、上記支持体に対し位置決めロッドをその軸心方向にスライド可能に支持させるとともに、その位置決めロッドをワーク側のロケート穴に対する挿入方向と同方向に付勢する付勢手段と、位置決めロッドをスライド方向の任意の位置にロックするロック手段とを設けたことを特徴とする。
【０００７】
この場合、請求項２に記載のように、上記クランプアームを少なくともクランプ動作させるクランプアクチュエータを備えていて、このクランプアクチュエータのピストンロッドがピンを介してクランプアームに連結されているとともに、クランプアクチュエータ自体が支持体を兼ねていることが装置全体の小型化の上で望ましい。
【０００８】
したがって、請求項１に記載の発明では、例えば先に述べたようにパネル状のワークを下側から支えて位置決めクランプする場合であって、且つ高さ違いのワークの位置決めクランプに対応しようとする場合には、位置決めロッドをロックしているロック手段を一旦アンロック状態とし、その位置決めロッドの先端部のワーク着座面の位置をワークの高さ位置に合わせるべく位置決めロッドをスライド変位させた上で、再度ロック状態とする。
【０００９】
そして、ロケートピンとワーク着座面による位置決め機能およびワーク着座面とクランプアームによるクランプ機能はなおも従前のままであることから、先に述べたような高さ違いのワークの位置決めクランプにもきわめて容易に且つ柔軟に対応することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、位置決めロッドのスライド変位をもってワーク着座面の位置を任意に変更可能な構造としたため、例えば高さ違いのワークの位置決めクランプにも容易に対応することが可能であり、位置決めクランプ装置全体を動かして高さ違いのワークの位置決めクランプに対応する場合と比べて設備の小型化を図ることができることはももちろんのこと、従来のものに比べて位置決めクランプ装置としての汎用性が飛躍的に高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明に係る位置決めクランプ装置３０のより具体的な構造を示す断面説明図であって、後述するように付勢手段たる圧縮コイルスプリング１０の弾性力をもって位置決めロッド４が最も上昇変位した状態を示している。また、図２は図１のａ方向矢視図を示している。
【００１２】
図１に示すように、クランプアクチュエータとしてのクランプシリンダ（エアシリンダまたは油圧シリンダ）１とロック手段としてのブレーキ装置２および取付プレート３の三者がクランプシリンダ１を最下段として同心状に積層配置された上で一体に固定されている。そして、クランプシリンダ１に内挿された位置決めロッド４がブレーキ装置２や取付プレート３を貫通しつつスライド可能すなわち上下動可能となっていて、クランプシリンダ１は位置決めロッド４を支持する支持体を兼ねている。
【００１３】
クランプシリンダ１は、一対のポート５，６のほかシリンダチューブ７内を二つの室Ｒ１，Ｒ２に仕切っているピストン８と、これと一体のピストンロッド９を備えていて、これらのピストン８およびピストンロッド９はいずれも位置決めロッド４と同心状に配置されている。また、クランプシリンダ１には付勢手段たる圧縮コイルスプリング１０が内蔵されていて、これにより、ピストン８と一体のピストンロッド９が常時上方に付勢されているとともに、ピストンロッド９の先端は後述するクランプアーム１６に連結されている。
【００１４】
クランプシリンダ１と一体のブレーキ装置２は常態を制動状態とする公知の構造のものであり、したがって、通常は所定の圧締制動力をもって位置決めロッド４が上下動不能に拘束されてはいるものの、ポート１１から作動流体として圧縮空気や油圧を導入することによって直ちに制動力が解除されて位置決めロッド４の上下動を許容するようになっている。
【００１５】
位置決めロッド４はその下端部に形成された着座フランジ部１２をもっていわゆる底突き状態でピストン８に着座可能となっている一方、位置決めロッド４の先端（上端）には平坦なワーク着座面１３が形成されているとともに、このワーク着座面１３から突出するようにしてテーパ状のロケートピン１４が一体に形成されている。なお、図１から明らかなように、ピストン８に対して位置決めロッド４の着座フランジ部１２が底突き着座状態にあっても、ピストン８本来の受圧面積を確保するために着座フランジ部１２の直径はピストン８のそれよりも小さく形成されている。
【００１６】
ロケートピン１４の一部には図２に示すように直径方向に貫通するすり割り溝１５が形成されているとともに、このすり割り溝１５は位置決めロッド４自体の内部空間と連通していて、これらのすり割り溝１５と位置決めロッド４の内部空間にまたがるようにして略鉤形プレート状のクランプアーム１６が内挿されている。
【００１７】
クランプアーム１６はその鉤形状の先端部１６ａをすり割り溝１５の開口部から外部に臨ませるある一方、その下端部をクランプシリンダ１のピストンロッド９にピン１７をもって連結してある。また、クランプアーム１６の長手方向のほぼ中央部には略くの字状に屈曲した溝カム１８が形成されていて、この溝カム１８は位置決めロッド４の直径方向に横架された固定ピン１９に係合させてある。
【００１８】
そして、図１の状態では、ブレーキ装置２の制動力さえ解除すれば、ピストン８とピストンロッド９および位置決めロッド４の三者を一体のものとして上下動させることができることはもちろんのこと、溝カム１８の下端が固定ピン１９と係合しているために、位置決めロッド４に対するクランプアーム１６のそれ以上の上昇動作が不能となっていて、実質的にクランプアーム１６はアンクランプ位置Ｐ２に位置していることになる。なお、クランプアーム１６がアンクランプ状態にあるかぎりは、クランプアーム１６の一部がロケートピン１４の外表面よりも外側に突出することがないように、クランプアーム１６のストロークやロケートピン１４の直径等が予め設定されている。
【００１９】
他方、ブレーキ装置２の制動力をもって位置決めロッド４を所定位置に拘束した上でクランプシリンダ１の推力をもってクランプアーム１６を引き下げれば、溝カム１８のカム変位量に応じクランプアーム１６は図１の左方向にわずかに移動しながら図４のクランプ位置Ｐ１まで下降動作し、後述するようにクランプアーム１６の先端部１６ａとワーク着座面１３とをもって図４に示すようにパネル状のワークＷを堅固にクランプすることになる。
【００２０】
なお、位置決めロッド４とピストンロッド９との間にはカラー２０が介装されている。
【００２１】
ここで、上記ロケートピン１４により位置決めされることになる相手側のパネル状のワークＷには、図１に示すようにそのロケートピン１４に挿入されることになる例えば円形のロケート穴２１とともにそのロケート穴２１の周縁部にエンボス部２２が膨出形成されていて、ロケートピン１４とロケート穴２１との相互嵌合と同時に上記エンボス部２２がワーク着座面１３に着座することでワークＷの三次元方向の位置決めがなされることになる。
【００２２】
次に、このように構成された位置決めクランプ装置３０のクランプ，アンクランプ動作時の一連の動きについて説明する。
【００２３】
ここでは、例えば図１に示すように、ワークＷの下方にて定位置固定式の複数の位置決めクランプ装置３０が待機していて、それらの位置決めクランプ装置３０の上方から投入されるワークＷを位置決めした上でクランプするものとし、同時にワークＷの下降限位置は位置決めクランプ装置３０と並設されている図示外の位置決め治具によって規制されるものと仮定する。
【００２４】
したがって、各位置決めクランプ装置３０がワークＷの投入を待っている状態では、位置決めロッド４の先端のワーク着座面１３の高さ位置は、先に述べた図示外の位置決め治具によって決まるワークＷの下降限位置よりも所定量（位置決めロッド４の最大ストロークよりも小さい量）だけ高い位置にあることが条件となる。同時に、クランプアーム１６は図１に示すようなアンクランプ状態で待機している。
【００２５】
なお、先に述べたように図１はピストン８に対して底突き着座状態にある位置決めロッド４が最も上昇した状態を示しているが、位置決めロッド４の着座フランジ部１２がブレーキ装置２の下面に当接するまで上昇していてもよい。
【００２６】
図１において、位置決めクランプ装置３０がワークＷの投入を待っている状態では、位置決めロッド４が最も上昇した状態にあり、同時にブレーキ装置２はポート１１からの圧縮空気等の作動流体導入によって非制動状態（アンロック状態）にある。さらに、クランプアーム１６は図１に示すようなアンクランプ状態で待機しているとともに、クランプシリンダ１のポート５，６はともに大気開放されている。
【００２７】
この状態で、位置決めクランプ装置３０の上方からワークＷが投入されると、先に述べたように位置決めクランプ装置３０と並設されている図示外の位置決め治具によって最終的なワークＷの下降限位置が規制されることになるが、その状態に至る直前にワークＷ側のロケート穴２１が対応する位置決めロッド４の先端のロケートピン１４に挿入される。そして、ロケート穴２１の周縁部のエンボス部２２がワーク着座面１３に着座すると、ロケートピン１４とワーク着座面１３の位置決め機能によってワークＷの三次元方向の位置決めがなされることになる。同時に、その時点から初めて位置決めロッド４にワークＷの重量が作用するようになることから、図３に示すように位置決めロッド４はピストン８に着座したままで圧縮コイルスプリング１０を撓ませながら、すなわちその圧縮コイルスプリング１０の弾性力に抗してワークＷの高さ位置に倣うようにしてワークＷの下降限位置までワークＷとともに下降する。
【００２８】
ワークＷが、図示外の位置決め治具によって規制される下降限位置まで下降すると、その時点でブレーキ装置２へのポート１１からの作動流体の導入が断たれてブレーキ装置２は直ちに制動状態（ロック状態）となり、これをもって位置決めロッド４が上下動不能に拘束される。
【００２９】
位置決めロッド４が拘束されると、それに続いてクランプシリンダ１のポート５から圧縮空気等の作動流体が導入されて、クランプシリンダ１が収縮動作すなわちピストン８と一体のピストンロッド９が位置決めロッド４を残して単独で下降するようになる。
【００３０】
ピストンロッド９の下降に伴いそれに連結されているクランプアーム１６が徐々に下方に引き込まれてクランプ位置Ｐ１まで移行し、図４に示すように最終的にはワーク着座面１３とクランプアーム１６の先端部１６ａとをもって、ワークＷ側のエンボス部２２のうちロケート穴２１の周縁部が挟圧固定されるようにして堅固にクランプされる。すなわち、上記のようなクランプアーム１６の引き込み動作に伴い、溝カム１８と固定ピン１９との相対移動のためのクランプアーム１６の先端部１６ａがすり割り溝１５の開口部から外部に突出しながら、ワーク着座面１３との間にワークＷのうちロケート穴２１の周縁部をクランプすることになる。そして、ポート５から作動流体が導入されている限りは、上記の位置決めクランプ状態が安定して維持される。
【００３１】
そして、このような位置決めクランプ状態をもって、ワークＷには所定の作業、例えばスポット溶接等が施されることになる。
【００３２】
一方、ワークＷの位置決めクランプ状態を解除するには、クランプ時とは全く逆の動作で行う。すなわち、先ず、ポート５を大気開放するか、もしくはそれと同時にもう一方のポート６に圧縮空気等の作動流体を導入することによってクランプアーム１６を上昇動作させて、クランプアーム１６を図３のようなアンクランプ状態とする。すなわち、圧縮コイルスプリング１０のばね力単独かもしくは室Ｒ２の流体圧を併用することでクランプアーム１６が上昇動作するも、その上昇動作は制動状態にある位置決めロッド４の着座フランジ部１２にピストン８が着座するのが限度であって、その状態をもってアンクランプ状態となる。
【００３３】
この状態でワークＷの搬出を待ち、ワークＷの搬出が完了したならば、ポート１１への作動流体の導入によってブレーキ装置２を非制動状態（アンロック状態）とする。これにより、圧縮コイルスプリング１０のばね力単独かもしくはそれに室Ｒ２の流体圧を併用することで位置決めロッド４がクランプアーム１６とともに一体的に上昇して、最終的には図１の状態に復帰することになる。
【００３４】
以上のような一連の動作は、位置決めロッド４のストローク範囲内にあるかぎりは、ワークＷの種類等に応じてワークＷの位置決めクランプ高さ、すなわち図３におけるワークＷの高さが変化しても全く同様に行われる。
【００３５】
このように本実施の形態によれば、ワーク着座面１３を有する位置決めロッド４を可動式のものとしたことにより、位置決めクランプすべき高さが異なるワークＷにも他のアクチュエータ等を必要とすることなく容易に且つ柔軟に対応することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る位置決めクランプ装置の具体的な実施の形態を示す図で、アンプランプ状態での断面説明図。
【図２】図１のａ方向矢視図。
【図３】図１の状態からワークが投入されたときの状態を示す断面説明図。
【図４】図２の状態からクランプ状態に移行したときの断面説明図。
【符号の説明】
【００３７】
１…クランプシリンダ（支持体としてのクランプアクチュエータ）
２…ブレーキ装置（ロック手段）
４…位置決めロッド
８…ピストン
９…ピストンロッド
１０…圧縮コイルスプリング（付勢手段）
１３…ワーク着座面
１４…ロケートピン
１６…クランプアーム
１７…ピン
２１…ロケート穴
３０…位置決めクランプ装置
Ｐ１…クランプ位置
Ｐ２…アンクランプ位置
Ｗ…ワーク
【図１】
2005246559.tif 000003
【図２】
2005246559.tif 000004
【図３】
2005246559.tif 000005
【図４】
2005246559.tif 000006