JP2011230228A - 電動チャック - Google Patents

Abstract

【課題】電動アクチュエーター或いはメカニカルチャックが故障した場合に部品交換が容易であり、汎用性が高く、メカニカルチャックにおけるフィンガーのワークに対する芯出し作業を手動で簡単に行える電動チャックの提供。
【解決手段】モータ９と、その回転出力軸に回転が止められて螺合した直動出力軸１１とを備えた電動アクチュエーター３に、プッシャー２２が押圧されることによりワーク把持用のフィンガー３５が開かれ、プッシャー２２が押圧されていない時はバネの力でフィンガー３５が閉じるメカニカルチャック４を着脱可能に取り付けてある。回転出力軸に直動出力軸１１を軸方向に調整できるハンドル１９を固定する。ハンドル１９は放熱部材を兼ねたアルミ合金製とすることがある。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークを把持するフィンガーの開閉をモータによって行なう電動チャックに関する。

ワークの供給や移動のために、平行に開閉するフィンガーでワークの把持及び解放を行なう平行開閉チャックが知られている。
例えば、特許文献１には、ステッピングモータの駆動力をフィンガーの直線的な開閉運動に変換する電動ハンド（メカニカルチャック）が記載されている。
この電動ハンドは、ステッピングモータの出力軸に、ねじ部を有する回転軸を取り付け、ねじ部が螺装される相手のねじを有する直動部材を、開閉機構及び伝動軸を介してフィンガーに関連させてある。そして、モータを作動させて直動部材を駆動することによりフィンガーを開いてワークを解放し、ばねの力でフィンガーを閉じてワークを把持するようになっている。

しかし、この電動ハンドは、ステッピングモータの回転によって直動するアクチュエーター部分と、フィンガーの開閉を行なうハンド部分を分離することができないので、アクチュエーター部分及びハンド部分のいずれか一方が故障すると電動ハンド全体が使えなくなってしまう。また、ワークの種類や、作業内容に応じてハンド部分を適切なものに交換することもできず、汎用性に欠ける。
さらに、交換のために選定した電動ハンドを実機として配置する際にメカニカルチャックの左右のフィンガーが閉じる中心位置とワークの大きさ、種類等に応じて、これらの中心位置とが一致するようにフィンガーを試験的に開閉させてワークに対するフィンガーの当たり具合とか把持の状態を点検すること（芯出し）があるが、この電動ハンドは直動部材を手動によって自由に移動させることができないので、このような点検時には、電動ハンドに通電し制御装置を通じて点検モードで作動させるなどの手間を要する。

特許文献２の電動アクチュエーターはモータに通電することなく手動操作棒によって、直動ねじの直動位置を調整できる。しかし、このアクチュエーターをメカニカルチャックと結合する技術的思想の開示はない。また、手動操作棒という形態からするとメカニカルチャックのフィンガーを試験的に開閉させるなどのことを想定したものとは考えられない。

特許第４１３１３６０号公報 特開平５−１２２８９０号公報

本発明が解決しようとする課題は、電動チャックであってアクチュエーター部分或いはメカニカルチャック部分が故障した場合であっても部品交換が容易であり、汎用性が高く、メカニカルチャックを交換したときなどにフィンガーを手動で開閉させてワークに対するフィンガーの芯出し具合を点検できる電動チャックの提供を課題とする。

本発明の電動チャックは、電動アクチュエーターとこれに対して本体部を介して着脱可能に取り付けたメカニカルチャックとからなる。電動アクチュエーターは、モータと、そのロータと一体の回転出力軸及び直動出力軸とを備え、回転出力軸にハンドルを取付けて直動出力軸を手動で軸方向に移動可能としてある。すなわち、直動出力軸は回転を止められてモータの回転出力軸に螺合されている。メカニカルチャックは、プッシャーが押圧されるとフィンガーが開き、プッシャーに対する押圧力が解除されると内蔵したバネの力でフィンガーを閉じる構造となっている。電動アクチュエーターにおける直動出力軸の先端とプッシャーを対向させ、直動出力軸によりメカニカルチャックのプッシャーが押圧される構造とされている。

以下の構成を採用することができる。
電動アクチュエーターに回り止め部材及びセンサーに対するドグ兼用のスライダーを設けた構成。
スライダーは直動出力軸にネジ止めなどにより固定され、直動軸と共に移動し、その移動はアクチュエーターの本体部に設けたガイド部材に案内される。したがって、直動出力軸は、スライダーにより回動が阻止される。また、ドグを兼ねたスライダーは直動出力軸と連動して移動されることによりセンサーをオンオフする。センサーは、直動出力軸の先端位置が原点にあることを検出するためのものである。

電動アクチュエーターのハンドルを直径がモータのステータ外径と略等しい大きさの円板とする構成。
円板は操作を軽くまた微調整の程度を細かくする上で大きいほど好ましいが、電動チャック全体としての取り扱い上、モータのステータ外径と略等しい大きさ程度が適当といえる。また、このハンドルをアルミ合金製としこれを電動アクチュエーターの放熱部とすることも好ましい。
電動アクチュエーターとメカニカルチャックをブラケットにより着脱可能とした構成。
電動アクチュエーターとメカニカルチャックを分離した構成とでき、また、例えば電動アクチュエーターに組み合わせるメカニカルチャックを交換することができる。

電動アクチュエーターに対してメカニカルチャックの全体がチャックの縦方向の軸を中心にして任意の回動角度位置で固定可能とした構成。
ピックアンドプレース装置に取付けた電動チャック全体の姿勢を変えることなく、チャックにおけるフィンガーの開閉方向を任意の角度に変更・調整することができるので、ワークの形状や作業の流れに応じてフィンガーの移動方向を変更する必要のあるときなどに対応しやすい。
直動出力軸とプッシャーとの間に直動出力軸のプッシャーに対する押圧力を吸収するクッションを設けた構成。
電動アクチュエーターのステッピングモータに対するパルスの配分は通常、超過パルスとならないようにパルス数が設定されるが、直動出力軸をフィンガーの開き限度位置を越えてわずかに移動させ、フィンガーが開き位置となった状態を確実なものにする場合もあり、このような場合に前記のクッションがあると、直動出力軸への反力を軽減して電動アクチュエーターの駆動源であるステッピングモーターが脱調するのを防止できる。

電動アクチュエーター及びメカニカルチャックのいずれか一方が故障しても、その部分を取り替えるだけで済み、また、メカニカルチャックを交換して利用できるなど電動アクチュエーターを汎用することができる。
ハンドルは大きく、かつ、円板なので、指先などで操作しやすく、ワークとフィンガーとの当たり具合を見る芯出しなどの点検時にフィンガーを手動で開閉させることができるので、点検作業を行いやすい。

直動出力軸の原点位置を検出するセンサーを備えるので、フィンガーの開動作を行わせるパルス数を設定しておけば、ピックアンドプレース装置側では電動アクチュエーターに対して駆動信号を発信するだけの制御で電動チャックを利用できる。
また、往復作動頻度が大きくて発熱しやすいチャック用の電動アクチュエーターの熱をハンドルを通じて放熱させ、モータの過熱を防止できる。

電動チャックのフィンガー閉じ状態における要部破断側面図（実施例１）。 電動チャックのフィンガー閉じ状態における正面図（実施例１）。 電動アクチュエーターの断面図（実施例１）。 電動チャックの横断面図（実施例１）。 メカニカルチャックの断面図（実施例１）。 電動チャックのフィンガー開き状態における正面図（実施例１）。 メカニカルチャックの斜視図（実施例２）。 ブラケットを示し、（イ）は平面図、（ロ）は側面図（実施例２）。

図１〜図７は、本発明の実施例１を示す。
図１及び図２に示すように、本実施例の電動チャック１は、本体部２と、電動アクチュエーター３と、メカニカルチャック４とから成る。
本体部２は、電動アクチュエーター３及びメカニカルチャック４を支持する部材であって、下方に開口した空洞部５を有する。本体部２にはガイド部材６が取り付けられ、空洞部５に延びている。
また、本体部２の下端には、メカニカルチャック４を取り付けるためのブラケット８をネジ８ａ、８ｂで着脱可能に装着できるようになっている。

電動アクチュエーター３は、モータ９と、モータ９の回転出力軸１０とこれに螺合した直動出力軸１１および直動出力軸１１に固定されたスライダー１２を備える。
モータ９は、ピックアンドプレース装置の制御装置から送られるパルス信号によって駆動されるステッピングモータであって、ステータ１３の内側にロータ１４としての回転出力軸１０が回動自在に配置されており、回転出力軸１０は中空である。回転出力軸１０の一部に設けた雌ネジ部１５と直動出力軸１１の雄ネジが螺合されている。
また、モータ９は本体部２の上面に固定され、モータ９から下方へ延びる直動出力軸１１が本体部２を貫通して空洞部５へ突出している。

スライダー１２は、本体部２の空洞部５に配置され、図４に示すように、上下（電動アクチュエーターの軸方向）に貫通した透孔１６及び切欠き１７を有する。スライダー１２の切欠き１７に前記のガイド部材６を摺動自在にはめ込み、また、透孔１６に直動出力軸１１を挿通し、これをネジ１８でスライダー１２へ固定してある。スライダー１２はガイド部材６により回転が規制され、また、直動出力軸１１は回動不能のスライダー１２によってその回転が阻止される。
モータ９が作動して回転出力軸１０が回転されると、回転を止められた直動出力軸１１は軸方向に直動する。また、スライダー１２も直動出力軸１１と共にガイド部材６に沿って直動する。

モータ９の上方において、回転出力軸１０にはハンドル１９が固定され、直動出力軸１１を軸方向に移動させることができる（図１及び図２）。回転出力軸１０とハンドル１９とは、キーやネジ止めによって固定されている。ハンドル１９は、操作しやすいように直径を大きく、図示している実施形態のようにモータ９のステータ１３の外径とほぼ等しい円板としてある。
ハンドル１９を回転操作すると、回転出力軸１０が回転し、直動出力軸１１の先端位置を手動で簡単に調節することができる。
また、ハンドル１９は、大径の円板状としてあるだけでなく、アルミ合金のような熱伝導率の高い素材で形成してあり、電動アクチュエーター３の放熱部を兼ねている。

本体部２にはスライダー１２の移動経路にセンサー２０（フォトセンサー等）を設置してある。スライダー１２は直動出力軸１１と共に移動し、センサー２０に対してドグの機能を果たし、直動出力軸１１が原点に達したことを検出する。検出信号はピックアンドプレースの制御装置に伝達され、制御装置からモータ９が停止される。
なお、前記制御装置は、モータ９の起動が原点位置からである場合、設定した時間の後（所定パルスの消化によって）にモータを停止する構成である。
なお、本実施例では、原点を直動出力軸１１の下限位置としてある。

メカニカルチャック４は、図５及び図６に示すように、ボディ２１と、ボディ２１に上下動可能に取り付けたプッシャー２２と、ボディ２１に水平往復動可能に取り付けた１対のフィンガー板２３とを備える。
ボディ２１の上部にはプッシャー挿通孔２４が形成され、プッシャー挿通孔２４の下端に連続してフィンガー設置空間２５が形成されている。フィンガー設置空間２５の両側面および下面は開口している。

電動アクチュエーター３の本体部２の下面とボディ２１の前後面には平板をＬ字状に屈曲したブラケット８がネジ８ａ，８ｂでネジ止めされており、ブラケット８をこれらに着脱自在に固定することができる（図１）。すなわち、ブラケット８により、メカニカルチャック４を電動アクチュエーター３に対して着脱可能に取り付けることができる。
ブラケット８によってメカニカルチャック４を本体部２に取り付けると、電動アクチュエーター３の直動出力軸１１とメカニカルチャック４とがこの実施形態では同軸の配置となり、直動出力軸１１の先端がプッシャー２２の頭部２９と対向する（図１及び図２）。

プッシャー２２は、中空管２６と、中空管２６内に摺動可能に嵌合され、中空管２６の上端から突出した押圧部２７とからなる。
押圧部２７の中間部外周にはフランジ２８が形成され、上端には径を大きくした頭部２９が形成されている。そして、プッシャー２２はフランジ２８より下方の部分がボディ２１のプッシャー挿通孔２４内に挿入され、頭部２９がボディ２１の上方に突出している。
中空管２６の上端外周囲には張り出し片３０が形成され、張り出し片３０とフランジ２８の間にコイルスプリング、ポリウレタン製リング等のクッション３１を介在してある。このクッション３１によって押圧部２７が上方へ向けて付勢されている。

プッシャー挿通孔２４とフィンガー板設置空間２５の境界部内面には、プッシャー２２を囲むようにバネ受け部３２を設け、中空管２６の張り出し片３０とバネ受け部３２の間に、プッシャー２２を上方へ向けて付勢する挟持用バネ３３を設置してある。挟持用バネ３３は前記のクッション３１よりも弾力の弱いものとしてある。
また、中空管２６の下端部には、前後に突出するガイドピン３４をそれぞれ装着してある。

フィンガー板２３は、平行な２枚のスライド板であって、それぞれにフィンガー３５が取付けられている。フィンガー３５は平行に対向する。
また、フィンガー板２３の中央部には斜めに傾斜した長孔３６を形成し、長孔３６にプッシャー２２のガイドピン３４を摺動自在に係合してある。２枚のフィンガー板２３の長孔３６は互いに逆向きに傾斜している。
常態では、前後のガイドピン３４がそれぞれ長孔３６の上端に係合し、フィンガー３５は接近している。

プッシャー２２の頭部２９を押圧して下降させると、ガイドピン３４も長孔３６の下端に向かって下降する。前後のフィンガー板２３に形成した長孔３６は互いに逆向きに傾斜しているので、フィンガー板２３は水平方向逆向きに移動する。この結果、フィンガー３５は離間する。
プッシャー２２に対する押圧を解放すると、クッション３１及び挟持用バネ３３の付勢力によって、プッシャー２２及びガイドピン３４が上昇し、前後のフィンガー板２３が元の位置に復帰し、フィンガー３５が接近する。ワークを挟持した場合、挟持力は挟持用バネの弾力で発揮される。

作業に適したメカニカルチャック４を選択し、これと電動アクチュエーター３とをブラケット８で結合して電動チャック１とする。メカニカルチャック４は電動アクチュエーター３の下方に取付けられる。この時、図１及び図２に示すように、電動アクチュエーター３の直動出力軸１１は上昇位置にあり、メカニカルチャック４のフィンガー３５は挟持用バネ３３の付勢によって接近した状態にある。また、スライダー１２は上昇位置にあってセンサー２０を通じて直動出力軸１１の先端が原点位置にあることをピックアンドプレース装置の制御装置に伝達できる状態にある。この状態で電動チャック１を組み立てラインなどの所定位置に配置する。

電動チャック１の動きをピックアンドプレース装置にセットした場合について説明する。ピックアンドプレース装置は門型移動するものとする。すなわち、電動チャック１が上方の第１位置と下方の第２位置を往復し、上方位置で水平移動した第３位置とその下方の第４位置を往復する運動をするものである。
第１の位置にあるとき、モータ９の電源をＯＮすると、ピックアンドプレース装置の制御装置がセンサー２０からの信号によって直動出力軸１１（の先端）が原点位置にあることを認識してから、設定されたパルス数を配分する。これにより回転出力軸１０が回転し、直動出力軸１１が下降し（正回転）、また、直動出力軸１１と共にスライダー１２も下降する。

直動出力軸１１が下降してその先端がプッシャー２２の頭部２９を押し下げると、クッション３１を介して中空管２６が挟持用バネ３３を圧縮させながら下降する。すると、ガイドピン３４の下降に伴ってフィンガー板２３が左右に移動し、フィンガー３５が開く。なお、この実施例では、前記の設定パルス数は直動出力軸の下降移動量（パルス数）が原点位置からフィンガー３５が最も開いた状態となってから数パルスを超過した位置となるまでとし、フィンガー３５が「開き」の状態を確保する。このとき、超過パルス分だけモータ９に過負荷となる可能性があるが、この点をクッション３１により吸収している。

この状態が完了すると、または、完了するまでにピックアンドプレース装置側の制御により、電動チャック１が第２の位置に下降しワークを挟持できる位置とされる。第２の位置が検出されると、制御装置は電動チャック１のモータ９を駆動（逆回転）して、直動出力軸１１を上昇させ、プッシャー２２に対する押圧を解除する。これにつれて中空管２６が挟持用バネ３３で押し上げられ、ガイドピン３４を介して左右のフィンガー３５が閉じる。ワークはフィンガー３５により挟持され、このときの挟持力は挟持用バネ３３の弾力に基づく。モータ９の駆動はドグを兼ねたスライダー１２が原点に戻り、センサー２０によって原点位置復帰が検出されると停止される。

ついで、ワークを挟持した電動チャック１はピックアンドプレース装置側の制御により第１の位置に上昇し、第１の位置から第３の位置へ水平移動し、さらにそのまま下降して第４の位置となる。そして、第４の位置では第１の位置にあったときと同じようにして直動出力軸１１が下降されてフィンガー３５が開かれる。これによってワークが元位置から目的とする位置に移動される。ワークを解放した電動チャック１は、フィンガー３５を開いたまま第４の位置から第３の位置へ上昇され、次いで第１の位置へ水平移動して次の作動を待機する状態となる。

電動アクチュエーター３とメカニカルチャック４の本体部２を介したブラケット８による結合は、ブラケット８を取り付ける面を選択することで、メカニカルチャック４の縦軸（実施形態においてはプッシャー２２の中心軸となる）を軸として相互に９０°回転した配置とできるようにしてもよい。この場合、メカニカルチャック４の前後面及び左右の面にブラケット８を取付けるネジ８ａ，８ｂのねじ孔を形成しておく。この構造によれば、フィンガー３５の開閉方向を例えば、前後から左右に変更することができる。
また、メカニカルチャック４のサイズ、ワークの大きさや形状等によって、フィンガー３５が開閉した時の間隔や開閉のタイミングを微調整したい時は、ハンドル１９を回動操作して直動出力軸１１の先端位置を調整する。ハンドル１９は円板形であり、また、径が大きいので、軽く、かつ、微妙な量を調整しやすい。

図７及び図８は、実施例２を示す。
図７に示すように、メカニカルチャック４のボディ２１の上端面に、プッシャー挿通孔２４の上端に連続して円筒状の首部３７を形成し、首部３７の上端からプッシャー２２を突出させてある。
また、図８に示すように、本体部２に取り付けるブラケット８は、首部３７の外周に嵌合する円還部３８と、円還部３８の上端両側に設けた取付片３９を備える。
円還部３８の一部に開口部４０を形成し、開口部４０の両側を外方へ屈曲して、互いに平行な締結片４１を形成してある。２枚の締結片４１を調節ネジ４２で貫通し、調節ネジ４２を締め付けたり、緩めたりすることによって、円還部３８の径を調節できるようになっている。

電動アクチュエーター３の下面にブラケット８の取付片３９をネジ８ｂで固定し、メカニカルチャック４の首部をそのブラケット８の円還部３８に差込む。ついで、調節ネジ４２を締め付けて電動アクチュエーター３とメカニカルチャック４を結合する。
この構造によれば、電動アクチュエーター３とメカニカルチャック４とを簡単に着脱できる上、調節ネジ４２を緩めてメカニカルチャック４をその縦軸（プッシャー２２の中心軸）を軸として回転し、フィンガー３５の開閉方向を基準の位置から任意の回動した位置に配置することができる。
その他の構成は、実施例１と同じである。

以上、実施例を説明した。実施例では、直動出力軸１１の上限位置、即ち、フィンガー３５の閉じ位置側を原点としたが、直動出力軸１１の下限位置（フィンガー３５の開き位置）を原点としても良い。
実施例のメカニカルチャック４では中空管２６に押圧部２７を差し込み中空管２６と押圧部２７との間にクッション３１を配置しているが、中空管２６と押圧部２７は一体であっても良い。その場合、クッション３１はプッシャー２２の頂面に取付ける弾性を有した合成樹脂などとなる。
また、直動出力軸１１のプッシャー２２に対する押圧力を吸収するクッションは、直動出力軸１１の側に設けることもできる。
さらに、メカニカルチャックのフィンガーの形状、フィンガーを平行移動させて開閉する機構等は、上記実施例に限定されるものではない。
ピックアンドプレース装置などに対して取付けられた電動アクチュエーターに対してメカニカルチャックをそのフィンガーの開閉方向を任意の角度に調整するための構成は、前記の締め付け式ブラケット方式以外に、電動アクチュエーターに対してメカニカルチャックの首部を回動可能にはめ込んでおいて、任意の回動位置をネジで固定する構造など種々のものを採用することができる。

１ 電動チャック
２ 本体部
３ 電動アクチュエーター
４ メカニカルチャック
５ 空洞部
６ ガイド部材
８ ブラケット
９ モータ
１０ 回転出力軸
１１ 直動出力軸
１２ スライダー
１３ ステータ
１４ ロータ
１５ 雌ネジ部
１６ 透孔
１７ 切欠き
１８ ネジ
１９ ハンドル

２０ センサー
２１ ボディ
２２ プッシャー
２３ フィンガー板
２４ プッシャー挿通孔
２５ フィンガー設置空間
２６ 中空管
２７ 押圧部
２８ フランジ
２９ 頭部
３０ 張り出し片
３１ クッション
３２ バネ受け部
３３ 挟持用バネ
３４ ガイドピン
３５ フィンガー
３６ 長孔
３７ 首部
３８ 円還部
３９ 取付片
４０ 開口部
４１ 締結片
４２ 調節ネジ

Claims (7)

1. 電動アクチュエーターと、電動アクチュエーターに対して着脱可能に取り付けたメカニカルチャックとから成り、電動アクチュエーターは、モータと、回転を止められてモータの回転出力軸に螺合した直動出力軸とを備え、回転出力軸に直動出力軸の直動位置を調整してワークに対するフィンガーの芯出しをできるハンドルを固定し、メカニカルチャックは、プッシャーを押圧することによりフィンガーが開いて把持していたワークを解放し、プッシャーが押圧されていない時は内蔵したバネの力でフィンガーを閉じてワークを把持するように、直動出力軸の先端をプッシャーに対向させてあることを特徴とした電動チャック。
2. 電動アクチュエーターの直動出力軸にスライダーを固定し、スライダーを電動アクチュエーターの本体部に取付けたガイド部材に案内させて直動出力軸の回転止めにすると共に直動出力軸の原点位置を定めるセンサーに対するドグとして機能させてあることを特徴とした請求項１に記載の電動チャック。
3. 電動アクチュエーターのハンドルは、直径がモータのステータ外径とほぼ等しい円板より成ることを特徴とした請求項１又は２に記載の電動チャック。
4. ハンドルがアルミ合金で形成され、電動アクチュエーターの放熱部を兼ねていることを特徴とした請求項３に記載の電動チャック。
5. 電動アクチュエーターとメカニカルチャックがブラケットにより着脱可能とされていることを特徴とした請求項１〜４のいずれか一つに記載の電動チャック。
6. 電動アクチュエーターに対してメカニカルチャックがプッシャーの中心軸を軸として回転し、任意の位置で固定可能とされている請求項１〜５のいずれかに記載の電動チャック。
7. 直動出力軸がプッシャーに対してフィンガーを完全に開いた位置を超過してさらにわずかに移動されるとき、直動出力軸とプッシャー間に超過移動量を吸収するクッションを設けてあることを特徴とした請求項１〜６のいずれかに記載の電動チャック。

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