JP2010214543A - ワーク把持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】把持力の調節が容易なワーク把持装置を提供すること。
【解決手段】ワーク把持装置は、第１ねじ部３ａと、第１ねじ部３ａに対して逆向きのねじ山を有する第２ねじ部３ｂとが形成されたボールねじ軸３と、ボールねじ軸３を回転駆動する電動モータ４と、ワークＷを挟んで把持する第１把持手段５ａ及び第２把持手段５ｂと、第１把持手段５ａを直線移動させるために第１ねじ部３ａに螺合している第１移動体６ａと、第２把持手段５ｂを直線移動させるために第２ねじ部３ｂに螺合している第２移動体６ｂと、第２把持手段５ｂを第２移動体６ｂに対して直線移動させるために第２移動体６ｂと第２把持手段５ｂとの間に配設された流体圧シリンダ装置８と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークを把持するためのワーク把持装置に関するものである。

電動モータとボールねじ軸を利用してワークを把持して持ち上げる装置が、例えば特許文献１及び２で知られている。このような装置では、ボールねじ軸に右ねじ部と左ねじ部が形成されており、前記右ねじ部と左ねじ部に連結された一対の挟持爪等の把持手段がボールねじ軸の回転によって往復直線移動することによりワークを把持したり解放したりする。

特開平７−２０５０８０号公報 特開平５−２１８１０６号公報

ボールねじ軸を利用した把持装置では、ボールねじ軸は、通常、サーボモータにより回転駆動される。その結果、そのような装置は、把持手段の位置の制御は比較的容易に可能で、その結果様々なサイズのワークに汎用的に適用できるという利点を有する一方で、把持力の制御がそれほど簡単ではなく、そのため、特に、ワークが脆弱であるが軽量ではない場合等において適切な把持力を得ることが難しいという問題があった。

本発明は前述した従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、把持力の調節が容易なワーク把持装置を提供することである。

請求項１に記載の発明は、ワーク把持装置が、第１ねじ部（３ａ）と、第１ねじ部（３ａ）に対して逆向きのねじ山を有する第２ねじ部（３ｂ）とが形成されたボールねじ軸（３）と、ボールねじ軸（３）を回転駆動する電動モータ（４）と、ワーク（Ｗ）を挟んで把持する第１把持手段（５ａ）及び第２把持手段（５ｂ）と、第１把持手段（５ａ）を直線移動させるために第１ねじ部（３ａ）に螺合している第１移動体（６ａ）と、第２把持手段（５ｂ）を直線移動させるために第２ねじ部（３ｂ）に螺合している第２移動体（６ｂ）と、第２把持手段（５ｂ）を第２移動体（６ｂ）に対して直線移動させるために第２移動体（６ｂ）と第２把持手段（５ｂ）との間に配設された流体圧シリンダ装置（８）と、を具備することを特徴とするものである。

これによれば、流体圧シリンダ装置が発生する推力だけでワークを把持することが可能になり、その結果把持力は、流体圧シリンダ装置に用いられる流体の圧力を調整することにより比較的簡単に調整可能にされる。また同時に、把持手段の位置を電動モータを使って比較的容易に制御できるので、ワークの大きさが変化した場合でも、把持手段の初期位置をワークの大きさに合わせて容易に変更することが可能で、その結果把持手段の無駄な移動ストロークの発生を防止できる。

請求項２に記載の発明では、第１把持手段（５ａ）及び第２把持手段（５ｂ）が、ワーク（Ｗ）の被把持面（Ｗｓ）を転動可能な転動体（５３）をそれぞれ備え、第１把持手段（５ａ）及び第２把持手段（５ｂ）は、転動体（５３）でワーク（Ｗ）を把持することが可能である。これによれば、把持手段がワークに接触するときに把持手段が撓む等してワークの表面を滑るような場合があってもワークに対する擦り傷等の発生が防止される。

請求項３に記載の本発明では、第１把持手段（５ａ）及び第２把持手段（５ｂ）は、直線移動方向に対して略直交する方向で離間されて配置された一対のロッド（５１ａ、５１ｂ）をそれぞれ備え、転動体（５３）が、ロッド（５１ａ、５１ｂ）に装着されたローラ（５３）であって、ロッド（５１ａ、５１ｂ）の縦軸線に平行な軸線周りに回動可能なローラ（５３）から構成されることが可能である。これによれば、合計４個のローラでワークを安定に把持することが可能になると共に、ローラはワークに接触する際に転動可能であるのでワークに擦り傷を付けることもない。また、この発明はワークが円柱状または楕円柱状の場合に特に適している。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本発明の実施形態によるワーク把持装置の模式的正面図である。 図２のＸ−Ｘ断面図である。 前記ワーク把持装置の把持手段が備えるローラの縦断面図である。

以下、本発明の実施形態によるワーク把持装置１について図１〜図３を参照して説明する。なお、本実施形態によるワーク把持装置１は、図示しない移動装置に連結されていて、上下に及び水平方向に移動されることが可能である。

最初に、図１に示されるワーク把持装置１が把持するワークＷについて説明する。このワークＷは、円柱形状をしており、円柱の縦軸線が鉛直になるように配置されて、その外周面が被把持面Ｗｓとして把持される。また、ワークＷは、その外周面は平滑な面であるが、その端面には縦軸線に平行に延びる多数の貫通孔（図示せず）があけられている。これらの貫通孔は外周面との間に薄肉部を残して端面の全域にわたって設けられている。そのため、ワークＷに許容される把持力は比較的小さい。

本実施形態によるワーク把持装置１は、その模式的正面図である図１に示されるように、フレーム２と、フレーム２により回転可能に支持されたボールねじ軸３と、ボールねじ軸３を回転駆動する電動サーボモータ４と、ワークＷを挟んで把持するための、図１の左側の第１把持手段５ａ及び右側の第２把持手段５ｂと、第１把持手段５ａを直線移動させるための第１移動体６ａと、第２把持手段５ｂを直線移動させるための第２移動体６ｂと、第１移動体６ａ及び第２移動体６ｂをそれぞれ案内するための、ボールねじ軸３に平行に延びる第１レール７ａ及び第２レール７ｂと、さらに第２移動体６ｂと第２把持手段５ｂとの間に配設された流体圧シリンダ装置８とを具備している。

フレーム２は横長の略矩形状であるが、その中心部に上方に突出した連結部２１を有しており、この連結部２１によって図示されない移動装置に連結される。またフレーム２は上述したとおり、ボールねじ軸３を回転可能に支持する他に、サーボモータ４を右端側に、第１レール７ａ及び第２レール７ｂを下面側に支持固定している。

前記ボールねじ軸３は、左ねじが形成されている第１ねじ部３ａと、右ねじが形成されている第２ねじ部３ｂとを有しており、第１ねじ部３ａは中心より左側に、及び第２ねじ部３ｂは中心より右側に設けられている。また、サーボモータ４はボールねじ軸３の図１の右端側に接続されている。

第１移動体６ａは、第１レール７ａに沿って移動可能であるように第１レール７ａにより保持されており、また図示しないが、第１ねじ部３ａに螺合した部分を一体に有している。第２移動体６ｂも同様に、第２レール７ｂに沿って移動可能であるように第２レール７ｂにより保持されており、また図示しないが、第２ねじ部３ｂに螺合した部分を一体に有している。

第１把持手段５ａは、図１及び図１のＸ−Ｘ断面である図２で示されるように、ボールねじ軸３の軸線方向に直交する方向で離間されて配置された２本の第１ロッド５１ａと、２本の第１ロッド５１ａをその上端で接続する第１接続板５２ａと、第１ロッド５１ａの下端に装着されたローラ５３とを備えている。離間された一対の第１ロッド５１ａの中心間の距離は、本実施形態ではワークＷの外径の約６０％に設定されている。また、第１接続板５２ａは第１移動体６ａに固定されている。

第２把持手段５ｂも同様に、ボールねじ軸３の軸線方向に直交する方向で離間されて配置された２本の第２ロッド５１ｂと、２本の第２ロッド５１ｂをその上端で接続する第２接続板５２ｂと、第２ロッド５１ｂの下端に装着されたローラ５３とを備えている。また、第２接続板５２ｂは流体圧シリンダ装置８の後述する第３移動体８３に固定されている。なお、第２ロッド５１ｂの全長は流体圧シリンダ装置８が第２移動体６ｂとの間に介在するため第１ロッド５１ａの全長より短い。

ローラ５３は、その縦断面図である図３に示されるように、外側の円筒状の押圧部５４と、内側の軸受部５５とを備え、ロッドの縦軸線を中心に回転可能に構成されている。また、本実施形態では押圧部５４はゴム状の弾性物質から形成されている。

流体圧シリンダ装置８は、エアシリンダ８１と、エアシリンダ８１の作動軸８２に結合された板状の第３移動体８３とを備えている。エアシリンダ８１の本体部８４の上部が第２移動体６ｂに結合されており、第３移動体８３の下面が第２把持手段５ｂの第２接続板５２ｂに結合されている。また、エアシリンダ８１の本体部８４は、その下部によって第３移動体８３を直線移動可能に支持するように構成されている。

次に、本実施形態のワーク把持装置１の作動について説明する。図１は、図示されない移動装置によってワーク把持装置１を上から下降させた状態を示しており、ワーク把持装置１の第１把持手段５ａ及び第２把持手段５ｂは、図２で示される大きな間隔Ｓ₁を形成する初期位置にある。ワークＷを把持するためには、サーボモータ４を矢印Ｒの方向に回転させる。そうするとボールねじ軸３の第１ねじ部３ａに螺合している第１移動体６ａ及び従って第１把持手段５ａは図の右方へ移動し、第２ねじ部３ｂに螺合している第２移動体６ｂ及び従って流体圧シリンダ装置８と第２把持手段５ｂは左方へ移動して、中程度の間隔Ｓ₂を形成する中間位置に位置する。

このときの各把持手段の移動距離は等しく、図２に示されるように距離Ａに設定されている。また、この中間位置においては第１把持手段５ａのローラ５３とワークＷとの間にはわずかな隙間が残るのに対して、第２把持手段５ｂのローラ５３とワークＷとの間にはそれに比べてはるかに大きな空間が残る。

次に流体圧シリンダ装置８のエアシリンダ８１をその作動軸８２が縮退するように作動させる。このようにエアシリンダ８１の作動軸８２を縮退させると、第３移動体８３及び従って第２把持手段５ｂは、第２移動体６ｂに対して図の左方に移動し、第２ロッド５１ｂの下端に装着されたローラ５３がワークＷに接触してワークＷを左方に押して移動させる。このとき第１把持手段５ａのローラ５３とワークＷとの間の隙間がゼロになっても、第２把持手段５ｂはエアシリンダ８１の発生する力に基づいてワークＷを押し続ける。その結果、ワークＷは、第１及び第２把持手段の合計４個のローラ５３によって、エアシリンダ８１の発生する力に基づく所定の把持力によって把持される。

また、４個のローラ５３がワークＷに接触するとき、第１把持手段５ａの２本の第１ロッド５１ａには押圧力の反力がそれらを図２の上下方向に離間させるように作用する。第１ロッド５１ａは比較的細長いロッドであるので前記反力を受けて上端の第１接続板５２ａから僅かではあるが撓んでローラ５３がワークＷの被把持面Ｗｓに沿ってそれぞれ外側に移動すると考えられる。ここで、もし、第１把持手段５ａがローラ５３を備えずに第１ロッド５１ａが直接ワークＷを押圧する構成であったとしたら、第１ロッド５１ａがワークＷに擦り傷等を付けることが考えられる。それに対して、本実施形態では、ローラ５３は図２の矢印Ｙで示される方向で回転しながら移動するので、ワークＷに対して擦り傷等を付けることはない。また、このことは第２把持手段５ｂとワークＷとの関係でも全く同様である。

以上で、ワーク把持装置１によるワークＷの把持動作が完了する。その後、ワーク把持装置１は移動手段（図示せず）によって所望の場所へ移動させられてワークＷを解放する。ワーク解放の作動は前述の把持の作動を逆に実施すればよい。

本実施形態のワーク把持装置１では、サーボモータ４の作動によって、第１及び第２把持手段は初期位置及び中間位置に位置決めされるが、中間位置においても把持手段はワークＷに接触しない。把持手段の中間位置からのさらに内側への移動とワークＷの押圧はエアシリンダ８１の推力に基づいて行われサーボモータ４のトルクは関与しない。従って、把持力はエアシリンダ８１の推力により決定されることとなる。そのため、把持力を調整したい場合にはエアシリンダ８１の空気圧力を調整すればよく、またこのことは容易に実施可能である。

ところで、本実施形態のワーク把持装置１が、外径の異なるワークＷを把持する場合には、サーボモータ４により決定される把持手段の初期位置及び中間位置をワークＷの外径に合わせて縮小もしくは拡大することにより、把持手段の移動ストロークに無駄が発生することがなく効率的に装置を作動させることが可能になる。また、そのような位置の変更はよく知られているように容易である。

（他の実施形態）
前述の実施形態においてはロッドの先端に円筒状のローラ５３が設けられていたが、これに代えて球体を転動可能にロッドの側面に取り付けてもよい。

前述の実施形態によるワーク把持装置１はその把持手段にローラ５３を備えていたが、本発明では把持手段はローラ５３等の転動体を備えていなくともよい。

前述の実施形態においては、第１及び第２把持手段はそれぞれ２本のロッドを備えていたが、把持手段の形態は様々に変更可能であり、例えばロッドに代えてＶ字形の部材によって円柱状のワークを挟んでもよい。

前述の実施形態によるワーク把持装置１は、円柱状のワークＷを把持していたが、楕円柱状のワークを把持することも可能である。さらに、本発明による把持装置は必要に応じて把持手段の形態を変えることにより任意の形状のワークを把持することが可能になる。

前述の実施形態では、流体圧シリンダ装置８はエアシリンダ８１を具備していたが、これに代えて油圧シリンダを具備してもよい。

３ ボールねじ軸
３ａ 第１ねじ部
３ｂ 第２ねじ部
４ 電動モータ
５ａ 第１把持手段
５ｂ 第２把持手段
６ａ 第１移動体
６ｂ 第２移動体
８ 流体圧シリンダ装置
Ｗ ワーク

Claims (5)

1. 第１ねじ部（３ａ）と、前記第１ねじ部（３ａ）に対して逆向きのねじ山を有する第２ねじ部（３ｂ）とが形成されたボールねじ軸（３）と、
   前記ボールねじ軸（３）を回転駆動する電動モータ（４）と、
   ワーク（Ｗ）を挟んで把持する第１把持手段（５ａ）及び第２把持手段（５ｂ）と、
   前記第１把持手段（５ａ）を直線移動させるために前記第１ねじ部（３ａ）に螺合している第１移動体（６ａ）と、
   前記第２把持手段（５ｂ）を直線移動させるために前記第２ねじ部（３ｂ）に螺合している第２移動体（６ｂ）と、
   前記第２把持手段（５ｂ）を前記第２移動体（６ｂ）に対して直線移動させるために前記第２移動体（６ｂ）と前記第２把持手段（５ｂ）との間に配設された流体圧シリンダ装置（８）と、を具備することを特徴とするワーク把持装置。
2. 前記第１把持手段（５ａ）及び前記第２把持手段（５ｂ）が、ワーク（Ｗ）の被把持面（Ｗｓ）を転動可能な転動体（５３）をそれぞれ備え、前記第１把持手段（５ａ）及び前記第２把持手段（５ｂ）は、前記転動体（５３）でワーク（Ｗ）を把持することを特徴とする、請求項１に記載のワーク把持装置。
3. 前記第１把持手段（５ａ）及び前記第２把持手段（５ｂ）は、前記直線移動方向に対して略直交する方向で離間されて配置された一対のロッド（５１ａ、５１ｂ）をそれぞれ備えており、
   前記転動体（５３）が、前記ロッド（５１ａ、５１ｂ）に装着されたローラ（５３）であって、前記ロッド（５１ａ、５１ｂ）の縦軸線に平行な軸線周りに回動可能なローラ（５３）から構成されていることを特徴とする、請求項２に記載のワーク把持装置。
4. ワーク（Ｗ）が円柱状であり、前記第１及び第２把持手段（５ａ、５ｂ）がワーク（Ｗ）の円周面（Ｗｓ）を把持することを特徴とする、請求項３に記載のワーク把持装置。
5. ワーク（Ｗ）が楕円柱状であり、前記第１及び第２把持手段（５ａ、５ｂ）がワーク（Ｗ）の楕円周面（Ｗｓ）を把持することを特徴とする、請求項３に記載のワーク把持装置。

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