JP2002326180A - チャック方法およびチャック装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】安価な構造でありながら、チャック面が湾曲し
ているような形状のワークに対しても損傷させることな
く簡単かつ適確に保持できるようにする。 【解決手段】対向配置されている少なくとも一方が弾性
変形可能な一対のチャック部材８間にワークＷを挟持す
るとともに前記対向距離をワークの外形寸法以下に近づ
けることにより、その挟持したワークにより両チャック
部材を互いから相対的に離反する向きに弾性的に湾曲変
形させ、前記変形による前記チャック部材からの弾性復
元力で両チャック部材とワークとの接触部位にワークの
重量に等しいかまたはそれより大きな摩擦チャック力を
発生させることでワークを両チャック部材間でチャック
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として円柱状の
外形を有し、かつ、比較的損傷しやすい小型のワークを
ハンドリングする際に利用するチャック方法およびチャ
ック装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワークのハンドリングする際に利用する
ワークの保持方式には、一般に、真空吸着方式や磁力吸
引方式が利用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなワーク保持
方式の場合、ワークにおける保持面が湾曲しているよう
な形状例えば円柱形状のワークに対しては保持ミスが発
生しやすく、また、ハンドリング中におけるワークの保
持姿勢が不安定となって移載先での位置ずれが発生しや
すい。

【０００４】また、このような保持方式の不具合を解消
するために、大型部品のハンドリングに利用されるワー
クをチャックして保持する、いわゆるチャック方式を導
入することも考えられるが、チャック対象となるワーク
が破損しやすい小型部品の場合、チャック力の設定や調
整が極めて難しく、そのための機構や制御が複雑になっ
て、結果として高価なチャック装置が必要とされてしま
う。

【０００５】したがって、本発明は、安価な構造であり
ながら、そのチャック面が湾曲しているような形状例え
ば円柱形状のワークに対しても損傷させることなく簡単
かつ適確に保持できるようにすることを解決すべき課題
としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のチャック方法
は、対向配置されている少なくとも一方が弾性変形可能
な一対のチャック部材間にワークを挟持するとともに前
記対向距離をワークの外形寸法以下に近づけることによ
り、その挟持したワークにより両チャック部材を互いか
ら相対的に離反する向きに弾性的に湾曲変形させ、前記
変形による前記チャック部材からの弾性復元力で両チャ
ック部材とワークとの接触部位にワークの重量に等しい
かまたはそれよりも大きな摩擦チャック力を発生させ、
これによって、ワークを前記両チャック部材間でチャッ
クすることを特徴とする。

【０００７】本発明によると、前記両チャック部材間で
ワークをチャックしている時、そのチャック部材の弾性
復元力でチャック部材とワークとの接触部位に対して、
ワークがそれ自体の重量に等しいかそれより大きな摩擦
チャック力を発生させてチャックしているので、外面が
凸曲しているような形状、例えば円柱状の外形を有する
ワークであってもその摩擦チャック力でチャックするこ
とができるので従来のようなチャックミスすることがな
くなり、また、ハンドリング中のワーク姿勢も安定する
ようになる。

【０００８】また、小型のワークであっても、ワークを
損傷することなく簡単かつ的確にチャックすることがで
きる。

【０００９】本発明のチャック装置は、対向配置されか
つ少なくとも一方が弾性変形可能な一対のチャック部材
と、両チャック部材の対向間隔をワークの外形寸法より
も大きい開放状態と小さい閉じ状態とに変更するチャッ
ク部材開閉機構とを備え、前記チャック部材開閉機構
が、前記開放状態で両チャック部材間に挟持されている
ワークに対して前記閉じ状態となることでワークにより
前記両チャック部材を互いから相対的に離反する向きに
湾曲変形させ、これによって前記チャック部材からの弾
性復元力で両チャック部材とワークとの接触部位に対し
て、ワークの重量に等しいかまたはそれよりも大きな摩
擦チャック力を発生させてワークを両チャック部材間で
チャックすることを特徴とする。

【００１０】本発明のチャック装置によると、チャック
部材開閉機構で、両チャック部材間に挟持したワークで
両チャック部材を互いから相対的に離反する向きに湾曲
変形させ、これによってチャック部材とワークとの接触
部位に対してワークがそれ自体の重量により一対のチャ
ック部材の両下端間側から脱落するのに抗する摩擦チャ
ック力を発生させてワークをチャックしているので、外
面が凸曲しているような形状、例えば円柱状の外形を有
するワークであってもチャックミスすることがなくな
り、また、ハンドリング中のワーク姿勢も安定するよう
になる。また、小型のワークであっても、ワークを損傷
することなく簡単かつ的確にチャックすることができ
る。

【００１１】本発明のチャック装置は、好ましくは、両
チャック部材が、それぞれ、一枚の板材に対して複数の
ワークチャック部が設けられて構成されている。

【００１２】この構成によると、１回の作動で複数のワ
ークを同時に挟持することができるので、ワークを用い
た電子部品の生産性を向上させることができて好まし
い。また、ワークが一列に並んでいる状態でチャックす
ると、それぞれのワークの弾性挟持に互いに影響し合う
ことがない。

【００１３】本発明のチャック装置は、好ましくは、前
記両チャック部材が、それぞれ、独立した複数対のワー
クチャック部で構成されている。

【００１４】この構成によると、１回の作動で複数のワ
ークを同時に挟持することができるとともに、ワークチ
ャック部は独立的に変形するので、それぞれのチャック
特性に影響し合うことがない。

【００１５】本発明のチャック装置は、好ましくは、前
記両チャック部材が、互いの対向面に、摩擦付与膜が形
成されている。

【００１６】この構成によると、さらに、摩擦チャック
力を増大させられて好ましい。

【００１７】本発明のチャック装置は、好ましくは、両
チャック部材の間に、ワーク押圧用のプッシャーが配備
されている。

【００１８】この構成によると、ワークを挟持する時、
および、ワークを移載先に置く時に、プッシャーでワー
クを軽く押付けることで、ワーク姿勢を安定させること
ができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図面に示す
実施形態に基づいて説明する。

【００２０】図１に、本発明に係るチャック装置を備え
たハンドリング装置が、また、図２に、チャック装置１
がそれぞれ示されている。

【００２１】チャック装置１は、直線アクチュエータ
２，３，４によって３次元方向に移動される可動台５に
装着されている。

【００２２】チャック装置１は、平面視コの字形状の固
定枠６と、左右一対の可動枠７と、チャック部材８と、
プッシャー９と、上下一対のレール１０と、チャック部
材開閉機構１２とを備えている。

【００２３】固定枠６の前後内面に対して、上下一対の
レール１０が水平に設けられている。

【００２４】両可動枠７は、前記一対のレール１０に沿
って左右スライド移動可能に係合支持されている。

【００２５】バネ１１は、両可動枠７の上端に亘って設
けられている。

【００２６】両可動枠７は、バネ１１によって互いに接
近する方向に付勢されている。

【００２７】チャック部材８は、詳細は後述するが両可
動枠７それぞれの下端部に左右一対に取付けられてい
る。

【００２８】プッシャー９は、詳細は後述するが両チャ
ック部材８の間に位置付けられている。

【００２９】チャック部材開閉機構１２は、楕円形の回
転カム１３と、回転カム１３を駆動するロータリアクチ
ュエータ１４と、各可動枠７の上端に設けられたカムフ
ォロア１５とを含む。

【００３０】回転カム１３は、カムフォロア１５で左右
から挟み込まれ、ロータリアクチュエータ１４で縦軸心
周りに回転駆動される。

【００３１】両チャック部材８は、回転カム１３の長軸
が図示のように左右に向かう回転位相にあって両可動枠
７がバネ１１に抗して押し広げ移動されて互いの対向間
隔が開放状態とされ、回転カム１３の短軸が左右に向か
う回転位相にあって両可動枠７がバネ１１によって引き
寄せ移動されて互いの対向間隔が閉じ状態とされるよう
になっている。

【００３２】これによって、チャック部材開閉機構１２
は、前記開放状態で両チャック部材８間に挟持されてい
るワークＷに対して前記閉じ状態となることでワークＷ
により両チャック部材８を互いに対して離反させて湾曲
変形させ、この変形による両チャック部材８の弾性復元
力で両チャック部材８とワークＷとの接触部位にワーク
Ｗの重量に等しいかまたはそれより大きな摩擦チャック
力を発生させ、これによって、ワークＷを両チャック部
材８間でチャックするようになっている。

【００３３】両チャック部材８は、ステンレス鋼板など
の薄いバネ板材で構成され、各可動枠７の下部内面にネ
ジ止め等によって下向きで片持ち支持されている。

【００３４】各チャック部材８の下端辺には複数の切り
込み８ａが形成されることで複数のワークチャック部８
ｂが並列形成されている。

【００３５】前記したプッシャー９は、固定枠６の前後
外側に配備された一対の縦支持枠１６の下端間に亘って
前後水平に架設されている。

【００３６】水平枠１７は、一対の縦支持枠１６それぞ
れの上端間に亘って連結されている。

【００３７】アクチュエータ１８は、可動台５の前面に
設けられている。

【００３８】アクチュエータ１８が、昇降されること
で、プッシャー９は、水平枠１７および一対の縦支持枠
１６を介して両チャック部材８間を昇降される。

【００３９】図３(ａ)〜(ｊ)および図４を参照して動作
を説明する。ここでチャックの対象となるワークＷは、
円筒状の小型部品であり、供給パレットに整列搭載され
たものを処理パレットに移載する場合を例に挙げて説明
する。

【００４０】(1) 先ず、図３(ａ)に示すように、チャ
ック部材８が開放された状態のチャック装置１が、供給
パレット２１のワークＷの直上に移動される。

【００４１】(2) 次に、図３(ｂ)に示すように、位置
決めされたチャック装置１は下降され、開放された両チ
ャック部材８の間にワークＷを導入する。

【００４２】(3) 次に、図３(ｃ)に示すように、プッ
シャー９を下降させてワークＷを軽く押圧してワークＷ
の姿勢を保持する。

【００４３】(4) 次に、図３(ｄ)に示すように、両チ
ャック部材８をワークチャック方向における外形寸法よ
り小さい間隔にまで閉じ作動させてチャック部材８を湾
曲変形させ、これによって、プッシャー９で安定保持さ
れているワークＷを弾性的に挟持する。

【００４４】(5) 次に、図３(ｅ)に示すように、プッ
シャー９を上昇させる。

【００４５】(6) 次に、図３(ｆ)に示すように、チャ
ック装置１を上昇させて弾性挟持したワークＷを持上
げ、処理パレット２２の上方まで搬送する。

【００４６】(7) 次に、図３(ｇ)に示すように、処理
パレット２２上に到達したチャック装置１を下降させ、
ワークＷを処理パレット２２上の所定位置に搬入する。

【００４７】(8) 次に、図３(ｈ)に示すように、チャ
ック部材８を開放してワークＷを処理パレット２２上に
放置する。

【００４８】(9) 次に、図３(ｉ)に示すように、プッ
シャー９を下降させてワークＷを軽く処理パレット２２
上に押付けて、ワークＷの姿勢を安定させる。この場
合、図４に示すように、処理パレット２２の上には、ワ
ークＷを所定の位置に所定の姿勢で保持する凹部２３が
形成されており、時には、図４（ａ）に示すように、チ
ャック部材８からのワーク放出姿勢が乱れてワークＷが
凹部２３に対してずれるおそれがあるが、図４（ｂ）に
示すように、プッシャー９による押圧によってワークＷ
が凹部２３に正しく収められるのである。

【００４９】(10) 次に、図３(ｊ)に示すように、チャ
ック装置１全体が上昇し、供給パレット２１の上方にま
で復帰移動し、これで１回の移載が終了する。

【００５０】上記のようにして一対のチャック部材８で
ワークＷを弾性的にチャックする条件を、図５に示す原
理図に基づいて説明する。

【００５１】図５（ａ）に示すように、一対のチャック
部材８をワークＷのチャック方向における外形寸法より
小さい間隔まで閉じてワークＷをチャックした場合、Ｆ
をチャック部材８の湾曲変形に伴う弾性復元力、Ｌをチ
ャック部材８の固定基端からワークＷとの接触部位まで
の長さ、δをチャック部材８の撓み量、μをチャック部
材８とワークＷとの接触部位における摩擦係数、ｍｇを
ワークの重量、Ｅをチャック部材８の弾性係数、Ｉをチ
ャック部材８の断面二次モーメント、θをワークＷとチ
ャック部材８との接線と重力方向線とのなす角度とした
場合、ワークＷが両チャック部材８の間に落下すること
なくチャックされる条件は、以下のとおりに設定され
る。

【００５２】すなわち、チャック８とワークＷとの接触
位置での上向きに作用する分力と下向きに作用する分力
は、 上：μＦcosθ 下：Ｆsinθ＋ｍｇ／２ より Ｆsinθ＋ｍｇ／２＜μＦcosθ 整理して、 ｍｇ＜２Ｆ（μcosθ−sinθ）・・・・・（１） が成立すれば、チャック可能である。（ここではチャッ
ク上昇時の加速度は、無視している：ｇ＝９．８ｍ／ｓ
²） ところで、集中荷重を受ける片持ち梁のたわみδのたわ
み曲線は、

【００５３】

【数１】 で表される。

【００５４】また、たわみ角（傾斜）は、

【００５５】

【数２】 ここで、ｘ＝Ｌ−ａとして座標変換する（図５（ｂ）参
照）。

【００５６】したがって、式（２）は、

【００５７】

【数３】 この（２´）から、

【００５８】

【数４】 ａを新たにｘとして置き直す。

【００５９】

【数５】

【００６０】

【数６】 式（４）により、

【００６１】

【数７】 式（５）により、

【００６２】

【数８】 また、

【００６３】

【数９】 なので、

【００６４】

【数１０】 式（６）と式（８）により、

【００６５】

【数１１】 式（１）に式（６）を代入すると、

【００６６】

【数１２】 これに、式（９）を代入する。

【００６７】

【数１３】 パラメータ：ｍ，Ｌ，δ，Ｉ（＝ｂｈ³／１２），Ｅ，
μ，ν 係数 ：ｇ（＋α） チャックの設計条件は、幅ｂ、厚さｈ、長さＬ、つかみ
代δ、質量ｍ、材質の弾性係数Ｅ、上昇加速度ｇ＋α、
静摩擦係数μである。なお、ｂ／ｈの値が大きい場合
は、ポアソン比：νを考慮するとよい。この場合、

【００６８】

【数１４】 となる。

【００６９】実際に実機の値を代入して式（１０）を検
証する。 ｍ＝０．１（ｇ），μ＝０．３５（硬鋼と硬鋼）， ｂ＝２．５（ｍｍ），ν＝０．２８（硬鋼），ｈ＝０．
１（ｍｍ）， Ｅ＝１．９７×１０⁴（ｋｇｆ／ｍｍ²）（ＳＵＳ３０
４） δ＝０．５（ｍｍ），ｇ＝９．８（ｍ／ｓ²），Ｌ＝
９．５（ｍｍ） 式（１０）に実機の上記値を代入すると、 左辺＝０．１ｇｆ 右辺＝３．９ｇｆ となり、不等式（１０）を満たす。

【００７０】ここで、チャック部材８の断面二次モーメ
ントＩは、チャック部材の幅をｂ、厚さをｈとした場
合、Ｉ＝（1/12）ｂｈ³ として演算することができる。

【００７１】図６に、ワークＷの一例として、全長5ｍ
ｍ、線径0.2ｍｍ、外径2.0ｍｍ、重量0.1ｇのコイルを
好適にチャックすることのできるステンレス鋼板製のチ
ャック部材８の諸元の一例が示されている。

【００７２】なお、本発明は、以下のような形態で実施
することもできる。

【００７３】（１）可動枠７に複数対のチャック部材８
を並列して装着して実施することもでき、これによると
部分的なチャック部材８の取り替えが可能となる。

【００７４】（２）対向する一対のチャック部材８の一
方を薄い板バネ材で構成し、他方を弾性変形しない固定
の板爪に構成することも可能である。

【００７５】（３）対向する一対のチャック部材８の互
いの対向面のうち少なくとも遊端部の対向面に摩擦係数
の大きい材料からなる摩擦付与膜を形成しておくと、チ
ャック部材８のたわみ変形量を一層少なくしながらワー
クをチャックすることが可能となり、さらに強度の低い
ワークＷのチャックが可能となる。

【００７６】（４）図７に示すように、チャック部材８
を閉じた状態で下降させることで、ワークＷを強制的に
両チャック部材８の間に押し込めるようにしてチャック
することも可能である。

【００７７】（５）上述の実施の形態では一対のチャッ
ク部材８は共に湾曲変形したが、一方のチャック部材８
だけが他方のチャック部材８から相対的に離反する向き
に湾曲変形するものにしてもよい。

【００７８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、両チャック部材間でワークをチャックしてい
る時、そのチャック部材の弾性復元力でチャック部材と
ワークとの接触部位に対して、ワークがそれ自体の重量
に等しいかそれより大きな摩擦チャック力を発生させて
チャックしているので、外面が凸曲しているような形
状、例えば円柱状の外形を有するワークであってもその
摩擦チャック力でチャックすることができるので従来の
ようなチャックミスをすることがなくなり、また、ハン
ドリング中のワーク姿勢も安定するようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るチャック装置の全体
斜視図

【図２】図１の要部を拡大した斜視図

【図３】上記チャック装置によるチャック作動の手順を
示す説明図

【図４】図３の手順において、ワーク放出行程を示す正
面図

【図５】ワークチャック部の機能説明用の正面図
（ａ），（ｂ）

【図６】チャック部材の諸元の一例を示す図表

【図７】本発明の他の実施形態によるワークチャック要
領を示す正面図

【符号の説明】

８ チャック部材 ９ プッシャー １２ チャック部材開閉機構 Ｗ ワーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古場 章裕 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Ｆターム(参考） 3C007 AS01 BT14 ES10 HT35 HT36 MT03 NS07

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向配置されている少なくとも一方が弾
   性変形可能な一対のチャック部材間にワークを挟持する
   とともに前記対向距離をワークの外形寸法以下に近づけ
   ることにより、その挟持したワークにより両チャック部
   材を互いから相対的に離反する向きに弾性的に湾曲変形
   させ、 前記変形による前記チャック部材からの弾性復元力で両
   チャック部材とワークとの接触部位にワークの重量に等
   しいかまたはそれより大きな摩擦チャック力を発生させ
   ることでワークを前記両チャック部材間でチャックす
   る、 ことを特徴とするチャック方法。
2. 【請求項２】 対向配置されかつ少なくとも一方が弾性
   変形可能な一対のチャック部材と、 両チャック部材の対向間隔をワークの外形寸法よりも大
   きい開放状態と小さい閉じ状態とに変更するチャック部
   材開閉機構とを備え、 前記チャック部材開閉機構が、前記開放状態で両チャッ
   ク部材間に挟持されているワークに対して前記閉じ状態
   となることでワークにより前記両チャック部材を互いか
   ら相対的に離反する向きに湾曲変形させ、これによって
   チャック部材からの弾性復元力で両チャック部材とワー
   クとの接触部位に対して、ワークの重量に等しいかまた
   はそれより大きな摩擦チャック力を発生させてワークを
   両チャック部材間でチャックする、 ことを特徴とするチャック装置。
3. 【請求項３】 請求項２のチャック装置であって、 前記両チャック部材が、それぞれ、一枚の板材に対して
   複数のワークチャック部が設けられて構成されている、
   ことを特徴とするチャック装置。
4. 【請求項４】 請求項３のチャック装置であって、 前記両チャック部材が、それぞれ、独立した複数対のワ
   ークチャック部で構成されている、ことを特徴とするチ
   ャック装置。
5. 【請求項５】 請求項２ないし４いずれかのチャック装
   置であって、 前記両チャック部材が、互いの対向面に、摩擦付与膜が
   形成されている、ことを特徴とするチャック装置
6. 【請求項６】 請求項２ないし５のいずれかのチャック
   装置であって、 両チャック部材の間に、ワーク押圧用のプッシャーが配
   備されている、ことを特徴とするチャック装置。