(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略Ｃ字形状フレームからなるツールホルダ（１０）であって、前記フレームの自由なシャンク端部でツールユニットを支持するよう設けられ、
前記ホルダ（１０）は、トラス又はフレーム加工物からなり、さらに前記ホルダ（１０）は、アウタＣ字形状フレーム（１１）およびインナＣ字形状フレーム（２３）とそれらのフレームを相互接続する多数の旋回ブラケット（２７〜３２）と、
前記Ｃ字形状フレーム（１１、２３）及び前記旋回ブラケット（２７〜３２）は、多数の連結された三角部分を形成するように配置され、該三角部分の連結点（１８〜２２、３７）は交点またはジョイントとして構成され、
前記ホルダ（１０）の各Ｃ字形状フレームは、押し出し力のみを支持する前記アウタＣ字形状フレーム（１１）と、押出し力及び張力を支持する前記インナＣ字形状フレームと、実質的に張力を支持する前記旋回ブラケット（２７〜３２）から成ることを特徴とするツールホルダ。
【請求項２】
前記連結点（１８〜２２、３７）は、全ての前記旋回ブラケットが共通の交点で交わることを特徴とする請求項１記載のツールホルダ。
【請求項３】
補強プレート（４３）は前記ホルダ（１０）の少なくとも１平面に取りつけられることを特徴とする請求項１及び２記載のツールホルダ。
【請求項４】
前記アウタＣ字形状フレーム（１１）は、高弾性係数を有する合成材料から成ることを特徴とする請求項１記載のツールホルダ。
【請求項５】
前記アウタＣ字形状フレーム（１１）は、前記連結点（１８〜２２）を介して互いに連結される多数のロッド状フレームビーム（１２〜１７）からなり、それらはビームの端部を横方向に案内するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のツールホルダ。
【請求項６】
前記インナＣ字形状フレーム（２３）のシャンク部（２４、２５）は、合成材料から成る少なくとも１つのビームと、スチールから成る少なくとも１つの補強材の組み合わせであることを特徴とする請求項１記載のツールホルダ。
【請求項７】
前記インナＣ字形状フレーム（２３）のシャンク部間の中間部（２６）は、三角フレーム部材（３８）からなり、該三角フレーム部材（３８）の取付具（３９）は、前記ホルダ（１０）を支持するよう配置されていることを特徴とする請求項１記載のツールホルダ。
【請求項８】
前記ホルダ（１０）の交点（１８〜２２）の少なくともいくつかは、一軸ジョイントとして構成されていることを特徴とする請求項１記載のツールホルダ。
【請求項９】
前記アウタ及びインナＣ字形状フレーム（１１、２３）のシャンク部（１２、１７及び２４、２５）の各自由端は、ユニット取付具（３３、３４）によって相互接続されていることを特徴とする請求項１記載のツールホルダ。
【請求項１０】
前記三角フレーム部材（３８）は、旋回ブラケット（２７、２８、３１、３２）と固定的に連結され、前記旋回ブラケットの自由端には固定された交点（１８〜２２）が設けられていることを特徴とする請求項１記載のツールホルダ。
【請求項１１】
１個以上又はそれ以上のフレームビームを通る中心線（４６）及び／又は交点内の１つ又はそれ以上の旋回ブラケットの中心線（４６）は、１つ又はそれ以上の交点及び／又は前記フレームビームでモーメントが生じて負荷を受けた際に、共通の交点で交わることがないように配置されていることを特徴とする請求項１記載のツールホルダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ツールホルダ及び同様の装置に関し、好ましくは長尺状内側領域を有するＣ字形状フレームからなり、フレームの自由なシャンク端部において、例えばリベット留めユニット、接着ユニット又は溶接ユニットといった前記ツールを支持する。
【０００２】
発明の背景及び問題点
上記のようなＣ字形状フレームは以前から公知であり、それらは例えば自動車の車体構成部品、フレーム加工物、列車車両、航空機等の接合に用いられてきた。フレームの剛性及び構造的強度について高い要求が課せられていたので、それらは高い引っ張り強度を持つ断面I字形状でできている。特に加工作業中に、問題になっている例えばリベット留めは、Ｃ字形状フレームのシャンク部に大きな穴あけ力が発生する。フレームはまた多数の作業サイクルに晒されており、最低でも２００万サイクルが要求されている。Ｃ字形状フレームは、特定の状況で奥まったところに位置する部品に作用できなければならない。即ち、外側端部から１ｍ内側といったところに位置する作業領域に届くことができなければならない。自動車産業などの大きなスケールの製造において、Ｃ字形状のホルダもロボットによって取り扱われ、このことはシステムの全体重量がロボットの許容作業重量より少なくなるようにＣ字形状フレームの重量を下げるべきであることを意味している。手作業時には、システムの重量を小さくすることも要望されている。
【０００３】
今日ではロボットを用いているので、重量は限界に達し、ある場合では越えている。しかし、市場は重量がそのまま或いは低く、更に大きく安定性のあるツールホルダを求めている。ロボットへの出資は非常に高く、新規で且つ多彩な加工作業にも現存するロボットが使えるようにしなければならない。
【０００４】
ソリッドモデルとして合成材料からＣ字形状フレームを作るテストを行ったが、交点においてせん断と言った形態での荷重歪みと、接着ジョイントでの破断圧力が非常に高くなり、これらのテストは実施できなかった。一般的なスチールのＣ字形状フレームは８５０ｍｍの内側深さがあり、シャンク部の端部間のギャップは４００ｍｍである。対向する方向へ力が加えられる場合の計算値は、５３ｋＮであり、それはシャンク部の端部間で最大許容たわみが７ｍｍである場合に、約１５０ｋｇの重さを有する。必要なツール装置の重量と一緒にした重量は、ロボットの支持及び作業能力を越えており、したがって、満足できるものではない。
【０００５】
本発明の目的及び問題の解決手段
本発明の目的は、ツールホルダを得ることであり、そのツールホルダは、
ａ．軽量であり、
ｂ．高剛性であり、
ｃ．高強度であり、
ｄ．単純構造であり、
ｅ．価格的に適しており、
ｆ．構造及び形状の変更が容易にでき、
ｇ．例えば溶接スパッタといった苛酷な環境で作業でき、
ｈ．耐用年数が長く、高信頼性を有する。
これらの課題は、請求項で定義した特徴によって解決された。
【０００６】
実施の形態の説明
本発明のツールホルダは、アウタＣ字形状フレーム１１からなり、それはまた６本のフレームビーム１２〜１７を含み、それらビームの内１２、１３及び１７、１６のビームはＣ字形状のシャンク部を形成し、ビーム１４及び１５はシャンク部間の中間部を形成する。ビーム１２〜１７は交点１８〜２２を介して端と端が相互連結している。その結果、それらのビームはＣ字形状を形成する。
【０００７】
アウタＣ字形状フレーム１１の内側には第２のインナＣ字形状フレーム２３が設けられており、フレームビーム２４及び２５からなり、それらはまたインナフレーム２３のシャンク部を形成する。そして同時にそのシャンク部間の中間部はビーム部分２６からなる。
【０００８】
アウタ及びインナＣ字形状フレーム１１、２３は旋回ブラケット２７〜３２を介して部分的に相互連結していると共にユニット取付具３３及び３４を介してシャンク部の端部で相互接続している。交点１８〜２２は、シャフトジャーナル用の貫通穴３６を有する連結耳部３５を連結するように構成されており、それは旋回ブラケット２７〜３２用の関節ジョイント３７を形成する。同様の方法で旋回ブラケットとインナフレーム２３の内部連結は、ジョイント３７として構成される。ビーム部分２６と旋回ブラケット２９、３０は、固定三角構造部分３８として構成され、そこでその場所、例えばロボットアーム（図示せず）用のホルダ取付具３９が設けられる。
【０００９】
交点１８〜２２及びユニット取付具３３及び３４はガイドフランジ４０と張出し領域４１が備わった構成がされており、フレームビーム１２〜１７の各々の端部及び端部領域４２への案内及び圧力伝達をする。張出し領域４１を角度を成して調節することによってフレームビームの端部は垂直に切り取ることができ、製造を単純にする。
【００１０】
Ｃ字形状フレームのねじれ剛性は、剛性プレート４３の両平面の取付具によって適切に得られ、その適度なねじれ剛性は、フレームに荷重がかかっている時にフレームビーム１２〜１７及び２４、２５に接続される。その接続は、接着剤による接続、リベットによる接続又はねじ接続等でできる。材料はスチール、アルミニウム、ファイバ強化プラスチック板又はそれらと同等のものでできる。
【００１１】
初期の組み立て作業において、重量に起因するモーメントのない交点を有するフレーム加工物の組み立ては、モーメントを吸収する交点を有する上記組立が好ましいことがそれ自身で証明された。問題の解決は、大きな荷重に耐えることができる比較的重く、使いにくく作らなければならないモーメント支持交点からなっている。軽量で耐久性のある構造を達成するための手がかりは、交点に向かう入りバー (incoming bar) 全てが１つの共通点に一致するフレーム加工物の形状を構成して示される。選択された形状は、Ｃ字形状フレーム１１が相互連結された多数の三角部材によってまとめることになり、そこで三角部材は、少なくとも１面が隣り合う三角部材と共有される。
【００１２】
合成材料の特有の剛性は、スチールのそれを越えているので、選択された剛性のために重量を最小にするためにできるだけ合成材料を高い割合で使用することが好ましい。基本的にモーメントのない交点を有する選択された構造方式は、アウタフレーム１１においてだけ一軸荷重、即ち圧縮歪みが生じることになる。それにより、合成材料は特にこの方式に適している。合成材料は、例えばカーボンファイバ強化プラスチックといった別の種類の強化プラスチックを用いることができるので、スチールの約２５に対して長手方向に約９５という特定の弾性係数を有する。このことは、カーボンファイバフレームが、スチールフレームよりほぼ４倍軽いことを意味している。また、アウタフレームの内部部分に合成荷重が生じ、スチールは更にコスト的に効果的な構造材料であるので、これらの部品はスチール又はスチールとカーボンファイバ強化プラスチックに適していると言え、記載された実施の形態ではフレームビーム２４及び２５が採択され、そのフレームビームの内部部品はカーボンファイバビーム４４であり、外部部品はスチールロッドである。ツールホルダ全体の重量は同等の性能を有するスチールフレームの重量の約半分である。
【００１３】
しかしながら、このことは、構造体の採択された部品を、重量の低減化及び／又は強度及び剛性を更に向上させるという要求があった場合に、合成材料に代替することができることを排除するものではない。
【００１４】
材料特性を最適化するために、ファイバはビームの伸びる方向、即ち長手方向に向いている。このことは、ビームがカーボン強化プラスチック板から切り出すことができ、さらに適当な長さに切ることができることを意味している。それによって、構造体の最も高価な部品は特別な金型用具を必要としない。しかし、膨大な初期費用なしでシェルモールディングや改良を可能にする。
【００１５】
図６及び図７に示す改良された実施の形態は、いくつかのジョイントが固定された交点に取り替えたことが上記実施の形態と異なる。しかし、要求は維持されているので、全ての連結点はモーメントがない。この構成によって、図７に示す外観を得るように旋回ブラケット２７、２８、３１及び３２をフレーム部材３８に固定的に連結することができる。交点１８〜２２は、多くの結合した部分を減らすように旋回ブラケットに固定的に一体化される。フレーム部材３８は、好ましくは例えばスチールといった金属でできている。インナフレームビーム２４及び２５は以前と同様の方法でフレーム部材３８に関節でつなげられている。
【００１６】
モーメントのない全ての交点を構成する問題点は、ツールホルダが荷重がかかっている時に変形している（図８参照）ので、ユニット取付具３３、３４の連結面は平行のままではなく、水平面に対して角度αを成す。
【００１７】
作業処理に於いて、精度に高い要求が成された時、即ちツールユニット４５の両方の部品、リベット留めユニット４５ａとリベット留めノブ４５ｂは、リベット留め作業中に本質的に位置合わせされているか或いは言い換えれば、ユニット取付具３３、３４の連結面は本質的に平行のままでモーメントのない交点又はジョイントを有する方式は、確立できない。荷重がかかった時、Ｃ字形状ツールホルダの変形を制御できるようにするため、モーメントを１つ又はそれ以上の交点又はバーにかけることが適切である。それは交点への入りロッド (incoming rod) の中心線４６が共通交点と交わらないことによって達成される。したがって、全ての交点でモーメントなしとはならない。
【００１８】
図９に於いて、特定の要求を達成するため、例えば上記の平行といった変形の制御方法について示している。ユニット取付具３３において、例えば矢印５０に示されているように、リベット留め荷重がかかった時にモーメントアーム４９によりモーメントを起こすように中心線４６の交点４７がその取付具３４の外側に移動し、ユニット取付具３３と３４に当接する。
【００１９】
更に、モーメントアーム５２及び５３の長さに対応してフレームビーム１４、１５、１６の取付点４８、５１を移動させることによって交点２０及び２１にモーメントが加えられる。それによって、フレームビーム１６、２５及び１３、２４は軸周りに更に屈曲によって変形する。図１０はこの例を示しており、それによってユニット取付具３３、３４の接続面の平行が保持できる。
【００２０】
本実施の形態では、補強プレート４３は省略した。
【００２１】
本発明は、記載及び図示の実施の形態に限定されないが、特許請求の範囲内で種々の変形が可能である。したがって、ホルダがより多く又はより少ない数の三角部分と交点ジョイントの異なった構造からなることは可能である。
【００２２】
図面の説明
以下に実施の形態として添付の図を参照しながら本発明についてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
図１は、１枚の前カバープレートが取り外された時の本発明のツールホルダの斜視図を示す。
図２は、前側、上側及び下側交点の各々を詳細に示した斜視図である。
図３は、後側、上側及び下側交点の各々を詳細に示した斜視図である。
図４は、後側交点の斜視図である。
図５は、三角連結部材の斜視図である。
図６は、本発明による改良されたツールホルダの側面図である。
図７は、図６の側面図に示したツールホルダ用フレーム部材を示す図である。
図８は、図１によるツールホルダに荷重がかけられた状態を示す図である。
図９は、改良された実施の形態によるツールホルダに荷重がかけられていない状態を示す図である。
図１０は、図９によるツールホルダに荷重がかけられた状態を示す図である。
参照番号リスト
１０：ツールホルダ
１１：アウタＣ字形状フレーム
１２〜１７：アウタフレームビーム
１８〜２２：交点
２３：インナＣ字形状フレーム
２４、２５：インナフレームビーム
２６：ビーム部
２７〜３２：旋回ブラケット
３３、３４：ユニット取付具
３５：連結耳部
３６：穴
３７：ジョイント／軸ジャーナル
３８：フレーム部材
３９：ホルダ取付具
４０：ガイドフランジ
４１：張出し領域
４２：端部領域
４３：補強板
４４：カーボンファイバビーム
４５：ツールユニット
４５ａ：リベット留めユニット
４５ｂ：リベット留めノブ
４６：中心線
４７：第１交点
４８：第２交点
４９：モーメントアーム
５０：負荷矢印
５１：第３交点
５２、５３：モーメントアーム
【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】
0004445130.tif 000008
【図８】
0004445130.tif 000009
【図９】
0004445130.tif 000010
【図１０】
0004445130.tif 000011