JP2012121077A

JP2012121077A - チャック装置

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Publication number: JP2012121077A
Application number: JP2010271511A
Authority: JP
Inventors: 秀聡 ▲船▼橋; Hidesato Funabashi
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2010-12-06
Filing date: 2010-12-06
Publication date: 2012-06-28
Anticipated expiration: 2030-12-06
Also published as: JP5644448B2

Abstract

【課題】チャック爪がワークを把持しているときにプッシャがワークを押すことなく、プッシャのストロークを長くとれ、かつコンパクトな構成のチャック装置を提供する。
【解決手段】中心軸Ｏの外周に放射状に配置され、それぞれが径方向に開閉してワークを把持する複数のチャック爪２と、各チャック爪を開閉させるチャック爪開閉機構９とを備える。また、ワークをチャック爪２により把持された位置から中心軸Ｏに沿う方向に押し出すプッシャ３と、このプッシャ３にワーク押出し動作をさせる流体圧シリンダ２６とを備える。流体圧シリンダ２６とチャック爪開閉機構９とを、プッシャ３の押出し方向と直交する方向に並べて配置する。
【選択図】図３

Description

この発明は、工作機械等に対してワークの供給や排出を行うローダ装置等に設けられるワーク把持用のチャック装置に関する。

上記ローダ装置等に設けられるチャック装置には、ワークを把持する開閉式のチャック爪の他に、工作機械や他の装置にワークを渡す際にチャック爪によるワーク把持位置からワークを中心軸に沿って押し出すプッシャが設けられている。従来、このプッシャのワーク押出し動作を、ばねの弾性反発力で行わせていた（例えば特許文献１）。ばねを用いた構成以外では、流体圧シリンダを用いた構成も提案されている（例えば特許文献２）。

特開２００６−７３７８号公報特開２０１０−５７６６号公報

上記ばねを用いた流体圧シリンダは、チャック爪がワークを解放したときにプッシャがワークを押し出せるように、チャック爪がワークを把持している状態ではワークをプッシャに押し付けてある。そのため、プッシャによりワークを押し返す力がチャック爪に作用し、その分だけチャック爪の把持力を大きくする必要がある。

なお、特許文献１に記載の構成は、チャック爪が閉じているときと開いているときとで、ばねの基端の位置を変更することで、チャック爪が閉じてワークを把持している状態でも、プッシャに作用するばねの付勢力を小さくしている。しかし、チャック爪がワークを把持している状態でプッシャにばねの付勢力が作用していることには変わりなく、やはりそれに負けないチャック爪の把持力が必要となる。

また、ばねを用いた流体圧シリンダは、ばねの性質上、プッシャの有効なストロークが短いという問題がある。なぜなら、ばねは伸び縮みの長さによって弾性反発力が変化するため、ワークの押し出しに適した弾性反発力が得られる範囲が狭いからである。プッシャの有効なストロークが短いと、ワークの軸方向長さや形状等が変わるたびに、チャック爪やプッシャの段取り替えが必要となる。

例えば、図９に示すように、軸方向長さの長いワークＷ_Ｌ（同図（Ａ））から短いワークＷ_Ｓ（同図（Ｂ））に変更すると、有効ストロークの短いプッシャ３はワークＷ_Ｓに届かなくなる。この場合、チャック爪２を軸方向部分の長さが短いものに交換する（同図（Ｃ））か、またはプッシャ３に、ワーク押圧面の軸方向位置を調整する調整ブロック５０を取付ける（同図（Ｄ））かしなければならない。

また、大径部Ｗａと小径部Ｗｂとでなる段付きワークＷ用のプッシャ３は、図１０に示すように、ワークＷの大径部Ｗａ側を押す（同図（Ａ））外周押し部５１と、小径部Ｗｂ側を押す（同図（Ｂ））中央押し部５２とを有し、段付きワークＷを反転させても対応可能に構成されている。しかし、小径部Ｗｂの軸方向長さが長い段付きワークＷについては、大径部Ｗａ側からチャック爪２で大径部Ｗａを把持することができる（同図（Ｃ））が、小径部Ｗｂ側からは、小径部Ｗｂが邪魔になってチャック爪２で大径部Ｗａを把持することができない（同図（Ｄ））。そのため、大径部Ｗａ側からチャック爪２で大径部Ｗａ把持する場合、チャック爪２を軸方向部分の長さが長いものに交換しなければならない（図示せず）。

プッシャ３のワーク押出し動作を流体圧シリンダで行わせるようにすれば、チャック爪２がワークＷを把持している状態でプッシャ３がワークＷを押さないので、チャック爪２の把持力を小さくできる。また、一般的にプッシャ３のストロークを長くとれるので、ワークＷの種類の変更によるチャック爪２やプッシャ３の段取り替えの回数を低減できる。しかし、特許文献２に記載されている従来の流体圧シリンダを用いた流体圧シリンダは、チャック爪の開閉機構と軸方向並びで配置されているため、チャック装置全体が大型化、特に軸方向長さが長くなり、ストロークの長い種類の流体圧シリンダを用いることが難しい。

この発明の目的は、チャック爪がワークを把持しているときにプッシャがワークを押すことなく、プッシャのストロークを長くとれ、かつコンパクトな構成のチャック装置を提供することである。
この発明の他の目的は、チャック爪開閉機構とプッシャ押出し用の流体圧シリンダとをコンパクトに配置することである。
この発明のさらに他の目的は、チャック爪開閉機構とプッシャ押出し用の流体圧シリンダとをより一層コンパクトな配置とし、かつチャック爪開閉機構によりチャック爪を確実に開閉させることである。

この発明のチャック装置は、中心軸の外周に放射状に配置され、それぞれが径方向に開閉してワークを把持する複数のチャック爪と、各チャック爪を開閉させるチャック爪開閉機構と、ワークを前記チャック爪により把持された位置から中心軸に沿う方向に押し出すプッシャと、このプッシャにワーク押出し動作をさせる流体圧シリンダとを備え、前記流体圧シリンダと前記チャック爪開閉機構とをプッシャの押出し方向と直交する方向に並べて配置した。

この構成によると、プッシャの押出しに流体圧シリンダを用いたため、チャック爪がワークを把持している状態でプッシャがワークを押さないように設計できる。そのため、チャック爪の把持力を小さくできる。また、流体圧シリンダを用いたため、プッシャのストロークを長くとることができ、ワークの変更によるチャック爪やプッシャの段取り替えの回数を低減できる。さらに、流体圧シリンダとチャック爪開閉機構とをプッシャの押出し方向と直交する方向に並べて配置したことにより、チャック装置の軸方向長さを短くしてコンパクト化を図れる。

この発明において、前記チャック爪開閉機構は、開閉駆動源と、この開閉駆動源の動作を各チャック爪に伝達する円筒状の動作伝達部材とを有し、前記円筒状の動作伝達部材の中空部に前記流体圧シリンダを配置するのが良い。
円筒状の動作伝達部材の中空部に流体圧シリンダを配置することで、チャック爪開閉機構とプッシャ押出し用の流体圧シリンダとをコンパクトに配置できる。

さらに、前記流体圧シリンダは前記中心軸上に配置され、前記チャック爪開閉機構の前記開閉駆動源は、前記中心軸と直交する方向に進退する流体圧シリンダであり、前記チャック爪開閉機構は、前記開閉駆動源の進退動作を前記動作伝達部材の前記中心軸に沿う方向の進退動作に変換する第１の動作変換機構部と、前記動作伝達部材の進退動作を前記各チャック爪の径方向の開閉動作にそれぞれ変換する、チャック爪と同数の第２の動作変換機構部とを有する構成としても良い。
プッシャ押出し用の流体圧シリンダを中心軸上に配置し、チャック爪開閉機構の開閉駆動源を、中心軸と直交する方向に進退する流体圧シリンダとすることにより、チャック爪開閉機構とプッシャ押出し用の流体圧シリンダとがより一層コンパクトな配置となる。また、第１の動作変換機構部と第２の動作変換機構部とで、開閉駆動源の進退動作を２段階でチャック爪に伝達することにより、チャック爪を確実に開閉させることができる。

この発明のチャック装置は、中心軸の外周に放射状に配置され、それぞれが径方向に開閉してワークを把持する複数のチャック爪と、各チャック爪を開閉させるチャック爪開閉機構と、ワークを前記チャック爪により把持された位置から中心軸に沿う方向に押し出すプッシャと、このプッシャにワーク押出し動作をさせる流体圧シリンダとを備え、前記流体圧シリンダと前記チャック爪開閉機構とをプッシャの押出し方向と直交する方向に並べて配置したため、チャック爪がワークを把持しているときにプッシャがワークを押すことなく、プッシャのストロークを長くとれ、かつコンパクトな構成にできる。

前記チャック爪開閉機構は、開閉駆動源と、この開閉駆動源の動作を各チャック爪に伝達する円筒状の動作伝達部材とを有し、前記円筒状の動作伝達部材の中空部に前記流体圧シリンダを配置した場合は、チャック爪開閉機構とプッシャ押出し用の流体圧シリンダとをコンパクトに配置できる。

前記流体圧シリンダは前記中心軸上に配置され、前記チャック爪開閉機構の前記開閉駆動源は、前記中心軸と直交する方向に進退する流体圧シリンダであり、前記チャック爪開閉機構は、前記開閉駆動源の進退動作を前記動作伝達部材の前記中心軸に沿う方向の進退動作に変換する第１の動作変換機構部と、前記動作伝達部材の進退動作を前記各チャック爪の径方向の開閉動作にそれぞれ変換する、チャック爪と同数の第２の動作変換機構部とを有する場合は、チャック爪開閉機構と流体圧シリンダとがより一層コンパクトな配置となり、かつチャック爪開閉機構によりチャック爪を確実に開閉させられる。

この発明の一実施形態にかかるチャック装置を備えたローダヘッドの側面図である。同ローダヘッドの底面図である。（Ａ）は図１（Ａ）のIII−III断面図、（Ｂ）はその異なる状態を示す断面図である。同ローダヘッドを備えたローダ装置、および工作機械の概略構成を示す正面図である。同ローダ装置の側面断面図である。（Ａ）はチャック装置で軸方向長さの長いワークを把持したときのチャック装置および主軸の状態を示す図、（Ｂ）はチャック装置で軸方向長さの短いワークを把持したときのチャック装置および主軸の状態を示す図である。（Ａ）は小径部の軸方向長さの短い段付きワークを大径部側から把持したときのチャック装置の状態を示す図、（Ｂ）は同段付きワークを小径部側から把持したときのチャック装置の状態を示す図である。（Ａ）は小径部の軸方向長さの長い段付きワークを大径部側から把持したときのチャック装置の状態を示す図、（Ｂ）は同段付きワークを小径部側から把持したときのチャック装置の状態を示す図である。（Ａ）〜（Ｄ）は従来のチャック装置におけるワークの軸方向長さの違いによる段取り替えの説明図である。（Ａ）〜（Ｄ）は従来のチャック装置におけるワークの形状の違いによる段取り替えの説明図である。

この発明の一実施形態を図１〜図３と共に説明する。このチャック装置１は、ローダ装置３０（図４、図５）のローダヘッド３５に設けられたものであり、図示のローダヘッド３５には２つのチャック装置１（１Ａ，１Ｂ）が設けられている。各チャック装置１は、ワークＷを把持する複数（例えば３個）のチャック爪２と、ワークＷを前記チャック爪２により把持された位置からチャック装置１の中心軸Ｏ（Ｏ_Ａ，Ｏ_Ｂ）に沿って押し出すプッシャ３とを備える。

図２に示すように、複数のチャック爪２は、前記中心軸Ｏの外周に放射状に等間隔で配置され、それぞれが径方向に開閉することでワークＷを把持および解放する。図３に示すように、各チャック爪２は、ローダヘッド３５のチャック設置面に設けられた各ガイド溝５に係合して径方向に進退自在な爪支持台６に、ボルト７により着脱可能に取付けられている。チャック爪２の軸方向長さは比較的長くしてあり、大径部Ｗａと小径部Ｗｂとでなる段付きワークＷの大径部Ｗａ（図７、図８）を、大径部Ｗａおよび小径部Ｗｂのいずれの側からでも把持できるようになっている。

各チャック爪２は、図３に示すチャック爪開閉機構９により互いに同期して開閉駆動される。チャック爪開閉機構９は、中心軸Ｏと直交する方向にピストンロッド１０ａが進退するエアシリンダ等の流体圧シリンダからなる１つの開閉駆動源１０と、ローダヘッド３５に設けた円筒孔１１に沿って中心軸Ｏの方向に進退自在な動作伝達部材１２と、開閉駆動源１０の進退動作を動作伝達部材１２の中心軸Ｏに沿う方向の進退動作に変換する第１の動作変換機構部１３と、動作伝達部材１２の進退動作を各チャック爪２の径方向の開閉動作にそれぞれ変換するチャック爪２と同数の第２の動作変換機構部１４とでなる。

詳しくは、第１の動作変換機構部１３は、中心軸Ｏおよび径方向のいずれとも直交する支持軸１６に揺動自在に支持され、前記支持軸１６の両側部が２つのアーム部１７ａ，１７ｂとされたリンク部材１７を有する。そして、このリンク部材１７の一方のアーム部１７ａが、前記開閉駆動源１０における進退する側であるピストンロッド１０ａに形成された係合凹部１８に係合し、他方のアーム部１７ｂが前記動作伝達部材１２の外周面に形成された係合凹部１９に係合している。

また、第２の動作変換機構部１４は、中心軸Ｏおよび径方向のいずれとも直交する支持軸２１に揺動自在に支持され、前記支持軸２１の両側部が２つのアーム部２２ａ，２２ｂとされたリンク部材２２を有する。そして、このリンク部材２２の一方のアーム部２２ａが、前記動作伝達部材１２の外周面に形成された係合凹部２３に係合し、他方のアーム部２２ｂが前記爪支持台６に形成された係合凹部２４に係合している。

開閉駆動源１０のピストンロッド１０ａを径方向に進退駆動させると、その進退動作が第１の動作変換機構部１３を介して動作伝達部材１２に伝えられて、動作伝達部材１２が中心軸Ｏに沿って進退する。さらに、動作伝達部材１２の進退動作が第２の動作変換機構部１４を介して各爪支持台６に伝えられて、各爪支持台６が径方向に進退する。これら爪支持台６の進退により、各チャック爪２が開閉する。このように、第１の動作変換機構部１３と第２の動作変換機構部１４とで、開閉駆動源１０の進退動作を２段階でチャック爪２に伝達することにより、チャック爪２を確実に開閉させることができる。

プッシャ３は、図２に示すように、中心軸Ｏの位置を中心にして例えば３方向に放射状に延びる分岐部３ａを有する板状の部材である。各分岐部３ａは、前記各チャック爪２に対し円周方向位置をずらして配置してある。

図３に示すように、プッシャ３にワーク押出し動作をさせるプッシャ駆動機構は、エアシリンダ等の複動式の流体圧シリンダ２６からなる。この流体圧シリンダ２６は中心軸Ｏ上に配置され、そのシリンダチューブ２６ａの先端つば状部２６ａａでボルト２７によりローダヘッド３５に固定されている。前記動作伝達部材１２は円筒状で、この動作伝達部材１２の中空部に前記シリンダチューブ２６ａが摺動自在に嵌合している。

シリンダチューブ２６ａには、中心軸Ｏ方向の両端に進出時用入口ポートＰ１および後退時用入口ポートＰ２がそれぞれ設けられている。これら各ポートＰ１，Ｐ２は、流体供給源（図示せず）にそれぞれ配管接続されている。シリンダチューブ２６ａ内にはピストン２６ｂが中心軸Ｏに沿って摺動自在に嵌合し、このピストン２６ｂに、先端をローダヘッド３５のチャック設置面から突出させたピストンロッド２６ｃが一体に設けられている。そして、ピストンロッド２６ｃの先端に設けたつば状のプッシャ取付部２６ｃａに、ボルト２８（図２）によりプッシャ３が取付けられている。

進出時用入口ポートＰ１または後退時用入口ポートＰ２からエア等の流体をシリンダチューブ２６ａ内に供給することにより、ピストン２６ｂが中心軸Ｏに沿って進退する。それにより、ピストンロッド２６ｂの先端に取付けられたプッシャ３が進退する。プッシャ３が進出するとき、ワークＷをチャック爪２により把持された位置から中心軸Ｏに沿う方向に押し出す。プッシャ駆動機構を流体圧シリンダ２６としたことで、プッシャ３の最大ストロークＳを長くとることが可能となっている。

図４および図５は、上記チャック装置１が設けられるローダ装置３０を示す。このローダ装置３０は、工作機械４０の上方に設置されて、直交座標系で駆動させるガントリ式のものである。ローダ装置３０は、水平に設置された左右方向の架設レール３１に沿って走行する走行体３２に、前後移動台３３を介して昇降ロッド３４を設け、その下端に前記ローダヘッド３５を設けてなる。図１に示すように、ローダヘッド３５は、昇降ロッド３４に固定された固定部３６と、この固定部３６に対し、水平に対し４５°の角度に傾斜した回転中心軸３７回りに回転可能な回転部３８とでなり、回転部３８に、前記２つのチャック装置１Ａ，１Ｂが設けられている。回転中心軸３７回りに回転部３８を１８０°回転させることで、チャック装置１Ａ，１Ｂが下向き位置と横向き位置とに位置変換される。

図４において、工作機械４０は例えば旋盤であり、主軸４１と刃物台４２とを備える。主軸４１は、その先端にチャック４３を有し、ベッド４４上に設けられた主軸台４５に回転自在に支持されている。チャック４３はワークＷを把持する複数のチャック爪４３ａを有している。刃物台４２は、タレット式のものであり、外周に取付けた複数の工具Ｔのうち任意に一つが切削位置に割り出される。刃物台４２は、送り台４６を介して、主軸４１の軸心に沿う方向（Ｚ軸方向）と、それと直交する水平方向（Ｘ軸方向）とに移動可能にベッド４４に設置されている。主軸４１のチャック４３へは、ローダ装置３０によってワークＷの受渡しが行われる。

上記ローダ装置３０の動作を説明する。
未加工のワークＷの待機位置（図示せず）において、ローダ装置３０は、そのローダヘッド３５の下向き位置のチャック装置１（例えば１Ａ）でワークＷを把持する。このとき、チャック装置１のプッシャ３は、図３（Ａ）のように後退した位置にある。ワークＷを把持したローダヘッド３５は、架設レール３１に沿って走行する走行体３２の左右移動（Ｘ軸方向）と、前後移動台３３の前後移動（Ｚ軸方向）と、昇降ロッド３４の昇降（Ｙ軸方向）とにより、ワークＷを工作機械４０の主軸４１の前方位置まで搬送する。この間に、ローダヘッド３５の回転部３８を１８０°回転させて、下向き位置でワークＷを把持したチャック装置１を横向き位置に位置変換させておく。

次いで、前後移動台３３を前後移動させて、チャック装置１を主軸４１に向かって前進させる。そして、チャック装置１に把持されているワークＷのチャック装置側と反対側の端部が主軸４１のチャック４３のすぐ前に位置させられると、チャック装置１のチャック爪２が開き、続いてプッシャ３が突出して、ワークＷをチャック爪２により把持された位置から中心軸Ｏに沿う方向に押し出す。押し出されたワークＷは、主軸４１のチャック４３の着座面４３ｂ（図５）に着座する。着座後、チャック４３のチャック爪４３ａが閉じて、ワークＷを把持する。これにより、ローダ装置３０のローダヘッド３５から工作機械４０の主軸４１へのワークＷの渡しが完了する。

上記ワークＷの渡し時におけるローダヘッド３５の位置は、チャック装置１のチャック爪２と主軸４１のチャック４３のチャック爪４３ａとが互いに干渉しないように、ワークＷの種別ごとに行われるティーチングにより定められる。プッシャ３を動作させるプッシャ駆動機構がエアシリンダ等の流体圧シリンダ２６からなるため、プッシャ３は、突出動作時にある一定の大きさ以上の反力を受けた時点で停止する。図６（Ａ）に示すように、チャック装置１が軸方向長さの長いワークＷ_Ｌを把持している場合、ワークＷ_Ｌがプッシャ３と接触しているとすれば、プッシャ３の突出量は、ワークＷ_Ｌの先端から主軸４１のチャック４３の着座面４３ｂまでの距離ａとなる。図６（Ｂ）に示すように、チャック装置１が軸方向長さの短いワークＷ_Ｓを把持している場合、プッシャ３の突出量は、ワークＷ_Ｓの先端から主軸４１のチャック４３の着座面４３ｂまでの距離ａに、プッシャ３からワークＷ_Ｓまでの距離ｂを加えた距離となる。

また、このローダ装置３０のチャック装置１は、チャック爪２の軸方向長さを長くしてあるため、図７および図８に示すように、大径部Ｗａと小径部Ｗｂとでなる段付きワークＷの大径部Ｗａを、大径部Ｗａおよび小径部Ｗｂのいずれの側からでも把持できる。小径部Ｗｂの軸方向長さが短い段付きワークＷ（図７）であっても、あるいは小径部Ｗｂの軸方向長さが長い段付きワークＷ（図８）であっても、チャック爪２により把持されているワークＷについては全てプッシャ３で押し出すことができる。

このように、このチャック装置１は、ワークＷの寸法や形状に対する融通性が高く、ワークＷの種類の変更によるチャック爪２やプッシャ３の段取り替えが極力少なくて済む。また、プッシャ３の押出しに流体圧シリンダ２６を用いたことにより、チャック爪２がワークＷを把持している状態では、プッシャ３がワークＷを押さないように設計できる。そのため、チャック爪２のワーク把持力を小さくすることができる。

このチャック装置１は、流体圧シリンダ２６を中心軸Ｏ上に配置し、その横にチャック爪開閉機構９を並べて配置したことにより、軸方向長さを短くすることが可能となっている。また、チャック爪開閉機構９の円筒状の動作伝達部材１２の中空部に流体圧シリンダ２６を配置したことで、チャック爪開閉機構９と流体圧シリンダ２６とがコンパクトな配置となっている。この実施形態の場合、チャック爪開閉機構９の開閉駆動源１０は流体圧シリンダであり、この流体圧シリンダを中心軸Ｏと直交する方向に進退する配置したことにより、チャック爪開閉機構９とプッシャ押出し用の流体圧シリンダ２６とがより一層コンパクトな配置となっている。

１…チャック装置
２…チャック爪
３…プッシャ
９…チャック開閉機構
１０…開閉駆動源
１２…動作伝達部材
１３…第１の動作変換機構部
１４…第２の動作変換機構部
２６…流体圧シリンダ
Ｏ…中心軸
Ｗ…ワーク

Claims

中心軸の外周に放射状に配置され、それぞれが径方向に開閉してワークを把持する複数のチャック爪と、各チャック爪を開閉させるチャック爪開閉機構と、ワークを前記チャック爪により把持された位置から中心軸に沿う方向に押し出すプッシャと、このプッシャにワーク押出し動作をさせる流体圧シリンダとを備え、
前記流体圧シリンダと前記チャック爪開閉機構とをプッシャの押出し方向と直交する方向に並べて配置したチャック装置。
前記チャック爪開閉機構は、開閉駆動源と、この開閉駆動源の動作を各チャック爪に伝達する円筒状の動作伝達部材とを有し、前記円筒状の動作伝達部材の中空部に前記流体圧シリンダを配置した請求項１記載のチャック装置。
前記流体圧シリンダは前記中心軸上に配置され、前記チャック爪開閉機構の前記開閉駆動源は、前記中心軸と直交する方向に進退する流体圧シリンダであり、前記チャック爪開閉機構は、前記開閉駆動源の進退動作を前記動作伝達部材の前記中心軸に沿う方向の進退動作に変換する第１の動作変換機構部と、前記動作伝達部材の進退動作を前記各チャック爪の径方向の開閉動作にそれぞれ変換する、チャック爪と同数の第２の動作変換機構部とを有する請求項２記載のチャック装置。