JP2002321184A

JP2002321184A - クランプユニット及び該クランプユニットを用いたガントリロボット

Info

Publication number: JP2002321184A
Application number: JP2001124464A
Authority: JP
Inventors: Tsunehiko Yamazaki; 恒彦山崎; Haruhiko Koike; 治彦小池; Noboru Yamamoto; 昇山本
Original assignee: Yamazaki Mazak Corp
Current assignee: Yamazaki Mazak Corp
Priority date: 2001-04-23
Filing date: 2001-04-23
Publication date: 2002-11-05

Abstract

(57)【要約】【課題】外形形状の異なる多種多様の素材の保持、搬
送を可能にするハンドリングユニットを提供する。【解決手段】搬送手段に接続されるベース１０と、この
ベース１０に相対向するように移動可能に支持された左
右一対のブロック１３、１４と、これらのブロック１
３、１４を互いに近接、離間する方向に移動させる移動
手段と、前記各ブロック１３、１４に、軸心がその移動
方向と平行に配置された複数のシリンダ２０と、これら
各シリンダ２０に摺動可能に嵌合する複数のピストン２
１と、これらのピストン２１に固定され一端が前記各ブ
ロック１３，１４の対向面から突出する複数のクランプ
ロッド２２と、これらのクランプロッド２２を突出する
方向に付勢するばね２３とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、素材や加工品を保
持するクランプユニットとそれを用いた数値制御旋盤に
係り、特に、断面が異形形状の素材や加工品の保持に好
適なクランプユニット及び該クランプユニットを用いた
ガントリロボットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】数値制御旋盤においては、素材の搬入か
ら加工品の搬出までを連続して自動的に行なう場合があ
る。この場合、素材の供給、加工品の搬出などのハンド
リングは、素材や加工品の形状に対応したクランプユニ
ットを取り付けたガントリロボットなどの搬送手段を用
いて行なう。素材や加工品の形状が変わる場合には、ハ
ンドリングユニットを交換する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この方法は、少品種多
量生産の場合には、ハンドリングユニットの交換頻度が
低く、生産性を低下させることはなかった。しかし、多
品種少量生産、キット生産が一般化すると、加工する素
材の形状が変わるたびに、ハンドリングユニットを交換
しなければならず、ハンドリングユニットの交換頻度が
高くなり、生産性の低下が顕著になってきた。

【０００４】また、断面が異形形状の素材などの場合、
それぞれの素材に合わせたハンドリングユニットは必要
になるため、ハンドリングユニットの数が多くなり、そ
の保管スペースが大きくなるだけでなく、その管理も煩
雑になる。

【０００５】上記の事情に鑑み、本発明の目的は、外形
形状の異なる多種多様の素材の保持、搬送を可能にする
ハンドリングユニット及び該クランプユニットを用いた
数値制御旋盤を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本出願の請求項１に記載の発明は、クランプユニッ
ト（９）を、搬送手段に接続されるベース（１０）と、
このベース（１０）に相対向するように移動可能に支持
された一対のブロック（１３、１４）と、これらのブロ
ック（１３、１４）を互いに近接、離間する方向に移動
させるボールねじ（移動手段）（１７）と、前記各ブロ
ック（１３、１４）に、軸心がその移動方向と平行に配
置された複数のシリンダ（２０）と、これら各シリンダ
（２０）に摺動可能に嵌合する複数のピストン（２１）
と、これらのピストン（２１）に固定され一端が前記各
ブロック（１３、１４）の対向面から突出する複数のク
ランプロッド（２２）と、これらのクランプロッドを突
出する方向に付勢する付勢手段（ばね２３）とで構成し
た。

【０００７】また、請求項２に記載の発明は、クランプ
ユニット（９）を、搬送手段に接続されるベース（１
０）と、このベース（１０）に相対向するように移動可
能に支持された一対のブロック（２６、２７）と、これ
らのブロック（２６、２７）を互いに近接、離間する方
向に移動させるボールねじ（移動手段）（１７）と、前
記各ブロック（２６、２７）に、軸心がその移動方向と
平行に配置された複数のシリンダ（２８）と、これら各
シリンダ（２８）に摺動可能に嵌合する複数のピストン
（２９）と、これらのピストン（２９）に固定され一端
が前記各ブロック（２６、２７）の対向面から突出する
複数のクランプロッド（３０）と、これらのクランプロ
ッド（３０）を突出させる方向に付勢するように、前記
各シリンダ（２８）に油圧を供給する油圧供給手段（３
２）とで構成した。

【０００８】また、請求項３に記載の発明は、請求項２
に記載の発明において、前記油圧供給手段（３２）に、
パイロットチェック弁（３４）を設け、前記シリンダ
（２８）に供給した油圧を、対象物の保持状態で封止す
るようにした。

【０００９】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
ないし請求項３に記載の発明において、前記クランプロ
ッド（２２、３０）の先端部を合成樹脂で被覆した。

【００１０】さらに、請求項５に記載の発明は、素材
（２）の供給ステーション（１）と加工セル（旋盤セル
４）および加工品の排出手段（コンベア５）を結ぶよう
に所定の位置に水平に設置されたレール（７ｂ）と、こ
のレール（７ｂ）に沿って移動可能に支持され、かつ、
鉛直方向に移動可能なアーム（８ｂ）と、このアーム
（８ｂ）の一端に支持されたクランプユニットを備えた
ガントリロボットにおいて、クランプユニットとして、
前記請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のクラン
プユニット（９）を設けた。

【００１１】なお、括弧内の番号等は、図面における対
応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述
は図面上の記載に限定されるものではない。

【００１２】

【発明の効果】上記の構成により請求項１および請求項
２に記載の発明によれば、相対向する一対のブロックか
ら突出する複数のクランプロッドを、立体トレースする
ように素材に接触させて保持力を発生させることによ
り、断面形状が異なる多種多様の素材でも単一のクラン
プユニットで取り扱うことができ、クランプユニットを
交換するための機械の停止をなくし、生産性を向上させ
ることができる。また、複数のクランプユニットを準備
する必要がないので、管理を容易にすることができるな
どの効果がある。

【００１３】また、請求項３に記載の発明によれば、前
記請求項１、２の発明において、クランプロッドの位置
を、素材を立体トレースした位置で規制することによ
り、同一の素材を取り扱う間、その都度クランプロッド
を素材の外形に習わせる必要がないので、請求項１、２
の効果に加え、素材の保持を効率的に行いさらに生産性
を向上させることができる効果がある。また、請求項４
に記載の発明によれば、前記請求項１、２、３の発明に
おいて、クランプピンの先端部を合成樹脂で被覆するこ
とにより、請求項１ないし請求項３の効果に加え、アル
ミニウムなど軟質金属の素材表面を傷つけることなく取
り扱うことができる効果がある。

【００１４】また、請求項５に記載の発明は、ガントリ
ロボットに請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の
クランプユニットを設けることにより、多種多様の素材
を保持する際にもクランプユニットを交換する必要がな
く、クランプユニットを交換するための停止時間をなく
し、ガントリロボットの稼働率を向上させることがで
き、ガントリロボットを使用する設備の生産性を向上さ
せることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明によるガントリロ
ボットを用いた数値制御旋盤の一例を示す斜視図であ
る。

【００１６】素材供給ステーション１は、加工すべき素
材２が収納され、素材２を所要の姿勢で所要の長さだけ
送り出す。切断ステーション３は、素材供給ステーショ
ン１から送り出された素材２を切断する。加工セルとな
る旋盤セル４は、たとえば、内部には、互いに近接、離
間可能な一対の主軸台と、各主軸台に軸心を整合させる
ように回転可能に支持された一対の主軸と、各主軸に支
持され、素材を保持するチャックと、保持された素材と
対向し、主軸の軸心と直交する方向に移動可能な一対の
刃物台を備え、素材の加工を行うようになっている（な
お、詳細は、たとえば、特開平４−１１１７５３号公報
を参照されたい）。ワーク排出手段を構成するワークコ
ンベア５は、旋盤セル４で加工された加工品を所要の位
置へ搬送する。

【００１７】搬送手段を構成するガントリロボット６
は、一対の支柱７ａと、前記素材供給ステーション１、
切断ステーション３、旋盤セル４およびコンベア５に沿
って水平に配置されたレール７ｂと、このレール７ｂに
沿って矢印Ｘ方向に移動可能なサドル７ｃと、このサド
ル７ｃに鉛直に固定された上腕部８ａと、この上腕部８
ａに矢印Ｘ方向と直交する方向である矢印Ｚ方向に移動
可能に支持されたアーム８ｂとにより構成され、このア
ーム８ｂの下端にクランプユニット９を支持している。

【００１８】そして、クランプユニット９は、素材供給
ステーション１から切断ステーション３に送り込まれた
素材２を保持し、素材２が所要の長さに切断されると、
アーム８ｂが上昇した後、サドル７ｃが移動して、素材
２を旋盤セル４へ搬送し供給する。同様に、旋盤セル４
で加工された加工品を保持しコンベア５に搬送する。

【００１９】図２および図３は、本発明によるクランプ
ユニットの第１の実施の形態を示すもので、図２は、ク
ランプユニットの保持前の状態を示す側面部分断面図、
図３は、クランプユニットの保持状態を示す側面部分断
面図である。

【００２０】クランプユニット９は、前記ガントリロボ
ット６のアーム８ｂに支持されるベース１０を備えてい
る。このベース１０の下面には、図面の前後方向に所定
の間隔で一対の直線案内装置１１が固定されている。こ
の直線案内装置１１には、一対のリニアブロック１２が
それぞれ矢印Ｙ方向に移動可能に支持されている。これ
らのリニアブロック１２には、左ブロック１３および右
ブロック１４が固定されている。

【００２１】軸受け１５は、ベース１０に固定されてい
る。サーボモータ１６は、軸受け１５に固定されてい
る。ボールねじ１７は、その軸方向の一方には左リード
のねじ１７ａが、他方には右リードのねじ１７ｂが形成
され、軸受け１５に回転可能に支持されるとともに、サ
ーボモータ１６の回転軸に結合されている。ボールナッ
ト１８は、ボールねじ１７の左リードねじ１７ａに螺合
し、左ブロック１３に固定されている。ボールナット１
９は、ボールねじ１７の右リードねじ１７ｂに螺合し、
右ブロック１４に固定されている。なお、前記サーボモ
ータ１６とボールねじ１７およびボールナット１８、１
９によりブロック１３、１４の移動手段を構成してい
る。

【００２２】したがって、サーボモータ１６が作動して
ボールねじ１７を回転させると、ボールねじ１７の回転
方向により、ボールナット１８、１９を介して左ブロッ
ク１３と右ブロック１４が互いに近接もしくは、離間す
る方向に移動する。

【００２３】シリンダ２０は、左ブロック１３に所定の
間隔で形成されその一端にはねじが形成されている。ピ
ストン２１は、シリンダ２０に摺動可能に挿入されてい
る。クランプロッド２２は、左ブロック１３を摺動可能
に貫通し、その一端がピストン２１に固定され、他端は
右ブロック１４との対向面から突出している。付勢手段
となるばね２３は、シリンダ２０内に装着され、ピスト
ン２１を右ブロック１４との対向面側に移動するように
付勢している。

【００２４】調整ねじ２４は、シリンダ２０の一端に形
成されたねじに螺合し、ばね２３の圧縮量を変えて抗圧
力を調整する。カバー２５は、シリンダ２０の開口部を
覆うように左ブロック１３に固定されている。なお、図
示は省略しているが、右ブロック１４にも同様の構成で
複数のクランプロッド２２が配置されている。

【００２５】このような構成であるから、クランプユニ
ット９をガントリロボットなどの搬送手段に取り付け、
左ブロック１３と右ブロック１４の間隔を最大開放位置
へ移動させた状態で、搬送手段の移動により図２に示す
ように素材２を挟む位置へ移動させる。

【００２６】この状態で、サーボモータ１６を作動さ
せ、左ブロック１３と右ブロック１４を互いに近接する
方向に移動させる。すると、まず素材２に最も近いクラ
ンプロッド２２が素材２に接触し、その移動が阻止され
る。さらに左ブロック１３と右ブロック１４を近接させ
ると、素材２と接触したクランプロッド２２は、シリン
ダ２０内に押し込まれ、素材２との接触部にばね２３の
抗圧力に相当する保持力（接触圧）を発生する。

【００２７】図３に示すように、左ブロック１３と右ブ
ロック１４が所定の位置まで近接すると、それぞれの複
数のクランプロッド２２が素材２と接触し、それぞれの
クランプロッド２２が各ブロック１３、１４に対して相
対移動して素材２の外形に習う。このとき、素材２と接
触している各クランプロッド２２には、それぞれの左右
各ブロック１３、１４との相対移動量に相当する保持力
が発生している。したがって、素材２を確実に保持する
ことができる。

【００２８】このようにして素材２を保持した後、搬送
手段によりクランプユニット９を所要に位置へ移動させ
る。そして、クランプユニット９から素材２を離す場合
には、サーボモータ１６を反転させ、左ブロック１３と
右ブロック１４の間隔を開く。すると、左右各ブロック
１３、１４の移動により、保持するときとは逆の順番で
クランプロッド２２が素材２から離れ、素材２に対する
保持力が開放される。このとき、クランプユニット９は
図２の状態に戻る。

【００２９】上記のように、本発明のクランプユニット
９によれば、素材２の形状に合わせてクランプロッド２
２で保持することができるので、多種多様の素材を単一
のクランプユニット９で取り扱うことができ、クランプ
ユニットを交換するための機械の停止をなくし生産性を
向上させることができる。また、複数のクランプユニッ
トを準備する必要がないので、クランプユニット９の管
理を容易にすることができる。

【００３０】なお、図２、図３においては、クランプロ
ッド２２が左右各ブロック１３、１４の上下方向に一列
しか表示されていないが、左右各ブロック１３、１４の
幅（紙面の前後）方向にも複数列配置している。素材２
の重量が軽い場合には、クランプロッド２２は、左右各
ブロック１３、１４の幅方向の両端部にそれぞれ一列ず
つ配置するようにしても良い。

【００３１】また、素材２がアルミニウムなどの軟質金
属の場合、その表面を傷等から保護するため、クランプ
ロッド２２の先端部をゴム、粘弾性プラスチックなどで
被覆するようにしても良い。

【００３２】図４および図５は、本発明によるクランプ
ユニットの第２の実施の形態を示すもので、図４は、ク
ランプユニットの保持前の状態を示す側面部分断面図、
図５は、クランプユニットの保持状態を示す側面部分断
面図である。

【００３３】同図において、図２および図３と同じ物は
同じ符号をつけて示してある。左ブロック２６は、リニ
アブロック１２に固定され、ボールナット１８を固定し
ている。右ブロック２７は、リニアブロック１２に固定
され、ボールナット１９を固定している。なお、左ブロ
ック２６と右ブロック２７は同じ構成であるので、以
下、左ブロックについて説明する。

【００３４】シリンダ２８は、左ブロック２６に所定の
間隔で形成されている。ピストン２９は、シリンダ２８
に摺動可能に装着されている。なお、シリンダ２８の内
周面とピストン２９の外周面との間には、油が流通し得
る隙間もしくは溝が形成されている。クランプロッド３
０は、左ブロック２６を摺動可能に貫通し、その一端が
ピストン２９に固定され、他端は右ブロック２７との対
向面側に突出している。

【００３５】油圧供給路３１は、シリンダ２８の列に沿
って形成され、シリンダ２８のカバー２５側の端部から
全てのシリンダ２８内に油圧を供給する。付勢手段とな
る油圧供給手段３２は、図示しない油圧ポンプと回収タ
ンクおよび、ソレノイド弁３３とパイロットチェック弁
３４を備えている。

【００３６】このような構成で、サーボモータ１６の作
動により左右各ブロック２６、２７を最大開放位置へ移
動させる。油圧ポンプ作動させるとともに、ソレノイド
弁３３のＳＯＬ１に通電する。すると、ＳＯＬ１が励磁
されソレノイド弁３３のポートを切り替え、油圧供給路
３１に油圧が供給される。

【００３７】油圧供給路３１に供給された油圧は、各シ
リンダ２８に供給される。このとき、ピストン２９のク
ランプロッド３０側に油が流入しても、ピストン２９の
カバー２５側の受圧面とクランプロッド３０側の受圧面
の面積にクランプロッド３０の断面積分の差があるた
め、カバー２５側の受ける圧力が大きくなり、ピストン
２９がクランプロッド３０側に移動する。したがって、
全てのクランプロッド３０を対向面側に突出させること
ができる。

【００３８】そして、ＳＯＬ１への通電を遮断し、クラ
ンプユニット９を図４に示すように素材２を保持すべき
位置へ移動させ、ソレノイド弁３３のＳＯＬ２に通電す
る。すると、ＳＯＬ２が励磁されソレノイド弁３３のポ
ートを切り替える。このとき、パイロットチェック弁３
４に背圧が印加されていると、油圧供給路３１内の圧油
をパイロットチェック弁３４から排出することが可能に
なりクランプロッド３０の移動を可能にすることができ
る。

【００３９】この状態で、サーボモータ１６を作動さ
せ、左右各ブロック２６、２７を所定の位置まで近接さ
せる。すると、まず素材２に最も近いクランプロッド３
０から順次素材２に接触し、その移動を阻止される。さ
らに、各ブロック２６、２７が近接すると、各ブロック
２６、２７と素材２に接触し移動を阻止されたクランプ
ロッド３０とが相対移動して、ピストン２９をシリンダ
２８のカバー２５側へ移動させる。

【００４０】このとき、シリンダ２８内のピストン２９
のカバー２５側の油は、シリンダ２８とピストン２９の
隙間もしくは溝を通りシリンダ２８のクランプロッド３
０側へ移動する。しかし、シリンダ２８のクランプロッ
ド３０側はカバー２５側に比べその容積がシリンダ２８
内に押し込まれたクランプロッド３０の体積分だけ小さ
いので、その差分がパイロットチェック弁３４を介して
回収タンクに排出される。

【００４１】左右各ブロック２６、２７が所定の位置ま
で移動すると、図５に示すように、複数のクランプロッ
ド３０が素材２の外周面に接触して、素材２を立体トレ
ースした状態になる。したがって、この状態で、パイロ
ットチェック弁３４の背圧を開放すると、油圧供給路３
１内およびシリンダ２８内の油の移動が規制され、クラ
ンプロッド３０の位置が素材２の保持状態に規制され
る。

【００４２】このようにして素材２を保持した後、搬送
手段によりクランプユニット９を所要に位置へ移動させ
る。そして、クランプユニット９から素材２を離す場合
には、サーボモータ１６を作動させ、左右各ブロック２
６、２７を互いに離間する方向に移動させる。すると、
クランプロッド３０がその移動を規制されているため、
素材２と接触していた全てのクランプロッド３０が同時
に素材２から離れ、素材２をアンクランプする。

【００４３】各クランプロッド３０は、その移動が規制
されているため、素材２をアンクランプしても素材２を
立体とレースした状態に保たれる。したがって、同一形
状の素材２を保持する間、素材２の形状に合わせるため
のクランプロッド３０の移動を行わせる必要はない。

【００４４】なお、この実施の形態においても、シリン
ダ２８内のピストン２９のカバー２５側に、前記実施の
形態と同様にばねを装着し、クランプロッド３０を突き
出させる際にこのばねの力を利用するようにしても良
い。

【００４５】このような構成とすることにより、素材２
を保持する都度にクランプロッド３０を素材２の外形に
習わせることが不要になり、素材２の保持時間を短縮
し、生産性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による数値制御旋盤の斜視図。

【図２】本発明によるクランプユニットの保持前の状態
を示す側面部分断面図。

【図３】本発明によるクランプユニットの保持状態を示
す側面部分断面図。

【図４】本発明による他のクランプユニットの保持前の
状態を示す側面部分断面図。

【図５】本発明による他のクランプユニットの保持状態
を示す側面部分断面図。

【符号の説明】

１…素材供給ステーション２…素材３…切断ステーション４…加工セル（旋盤セル）５…ワークコンベア（排出手段）６…ガントリロボット（搬送手段）９…クランプユニット１０…ベース１３、２６…左ブロック１４、２７…右ブロック１６…サーボモータ１７…ボールねじ１８、１９…ボールナット２０、２８…シリンダ２１、２９…ピストン２２、３０…クランプロッド２３…ばね（付勢手段）３２…油圧供給手段３４…パイロットチェック弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本昇愛知県丹羽郡大口町大字小口字乗船１番地ヤマザキマザック株式会社本社工場内Ｆターム(参考） 3C007 AS05 BS02 CV04 CW05 DS01 ES03 ET08 EU01 EV12 EV13 EV16 HS27 3C033 BB00 HH12 HH22 HH24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】搬送手段に接続されるベースと、このベ
ースに相対向するように移動可能に支持された一対のブ
ロックと、これらのブロックを互いに近接、離間する方
向に移動させる移動手段と、前記各ブロックに、軸心が
その移動方向と平行に配置された複数のシリンダと、こ
れら各シリンダに摺動可能に嵌合する複数のピストン
と、これらのピストンに固定され一端が前記各ブロック
の対向面から突出する複数のクランプロッドと、これら
のクランプロッドを突出する方向に付勢する付勢手段と
を設けたことを特徴とするクランプユニット。
【請求項２】搬送手段に接続されるベースと、このベ
ースに相対向するように移動可能に支持された一対のブ
ロックと、これらのブロックを互いに近接、離間する方
向に移動させる移動手段と、前記各ブロックに、軸心が
その移動方向と平行に配置された複数のシリンダと、こ
れら各シリンダに摺動可能に嵌合する複数のピストン
と、これらのピストンに固定され一端が前記各ブロック
の対向面から突出する複数のクランプロッドと、これら
のクランプロッドを突出させる方向に付勢するように、
前記各シリンダに油圧を供給する油圧供給手段とを設け
たことを特徴とするクランプユニット。
【請求項３】前記油圧供給手段に、パイロットチェッ
ク弁を設け、前記シリンダに供給した油圧を、対象物の
保持状態で封止するようにしたことを特徴とする請求項
２に記載のクランプユニット。
【請求項４】前記クランプロッドの先端部を合成樹脂
で被覆したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
かに記載のクランプユニット。
【請求項５】素材の供給ステーションと加工セルおよ
び加工品の排出手段を結ぶように所定の位置に水平に設
置されたレールと、このレールに沿って移動可能に支持
され、かつ、鉛直方向に移動可能なアームと、このアー
ムの一端に支持されたクランプユニットを備えたガント
リロボットにおいて、前記クランプユニットとして前記
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のクランプユ
ニットを設けたことを特徴とするガントリロボット。