JP2013029333A

JP2013029333A - フローティング装置及びそれを用いたアクチュエータ

Info

Publication number: JP2013029333A
Application number: JP2011163821A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Umetani; 正昭梅谷
Original assignee: TOKAI KIYOUHAN KK; TOKAI KYOHAN KK
Current assignee: TOKAI KIYOUHAN KK; TOKAI KYOHAN KK
Priority date: 2011-07-27
Filing date: 2011-07-27
Publication date: 2013-02-07

Abstract

【課題】測定子やロボットチャックの位置調整を行う際に、多少の位置ずれが生じていても、測定や組み付けを滞りなく行うことを可能とするフローティング装置を提供する。
【解決手段】一方の面の中央に突出した棒状の固定軸３を有する板状の取付け部材２と、固定軸３の外周に被嵌され、基部が取付け部材２に弾性部材を介して固定された円筒体４と、固定軸３の外周と円筒体４の内面間に介在して円筒体４を弾性的に保持するエアパッド５と、を有するフローティング装置１。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクチュエータ等に取り付けるフローティング装置に係り、特に、先端に固定した測定子やロボットチャック等の動作に際し、厳密に位置合わせを行わなくても所望の位置への調整を可能とするフローティング装置に関する。

従来、測定子等を有するアクチュエータは、測定子等が固定されるロッドを軸方向に動作させて所望の位置に配置させ各種の作業を行っているが、主に、駆動手段によりロッドを軸方向に前後させて所望の位置に配置させている（例えば、特許文献１参照）。

このとき、測定対象物と測定子との位置を正確に合わせて、具体的には、測定子と測定対象物のそれぞれの中心軸が一致するようにしてから動作を行っている。

特開２０１０−１４４９３４号公報

このような軸方向への動作において、その先端に固定された測定子や各種部品は、それらを所定の位置に配置されるまで動作を継続するが、このとき、測定子は測定対象物に対して所定の配置関係で位置を調整しなければならない。

ところが、通常、測定子とその測定対象物との間隔は非常に狭いため、測定子の位置合わせを厳密に行ってから軸方向への動作が行われる。すなわち、測定子の軸と測定対象の軸とが、平行かつ中心線が一致した状態にまで位置を合わせてから、軸方向へ所定の位置まで移動させている。

また、部品の組み付けにおいても同様に、ロボットチャックの把持する部品と取り付けられる本体との組み付け部分の各軸が、平行で、かつ中心線が一致した状態まで位置を合わせてから、軸方向へ所定の位置まで移動させる。

なお、測定子と測定対象物（又は部品と本体）との各軸の誤差は、（１）それぞれの軸が平行になっているが中心線が一致していない平行偏心、（２）それぞれの軸が傾いて中心線が交差している偏角、（３）それぞれの軸、中心線は一致しているが、軸方向に位置がずれている軸方向変位、等により生じている。

このような芯出し誤差が生じてしまうと、その位置がずれたままアクチュエータ等を動作させることとなり、測定子等が測定対象物等の縁部に接触したり、角度を有して接触したり、するため、測定子自身及び／又は測定対象物等を傷つけてしまうおそれがあるし、損傷は免れたとしても測定子や部品を正確に配置できないことから、正常に測定や組み付けができないおそれがあった。

そこで、本発明の目的は、測定子や部品の位置調整を行う際に、多少の位置ずれが生じていても、測定や組み付けを滞りなく行うことを可能とするフローティング装置を提供することにある。

本発明のフローティング装置は、一方の面の中央に突出した棒状の固定軸を有する板状の取付け部材と、前記固定軸の外周に被嵌され、基部が前記取付け部材に弾性部材を介して固定された円筒体と、前記固定軸の外周と前記円筒体の内面間に介在して前記円筒体を弾性的に保持するエアパッドと、を有することを特徴とする。

また、本発明の他のフローティング装置は、一端が有底の円筒状保持部材と、前記円筒状保持部材の内側底面に弾性部材を介して固定された円板状の可動プレートと、前記可動プレートの中央に、前記円筒状保持部材の開放端から突出させるように垂直に固定されたロッドと、中央に設けた穴に前記ロッドを遊挿させて前記円筒状保持部材の開放端側の蓋部となるリング状部材と、前記ロッドの外周と前記円筒状保持部材の内面間に介在して前記ロッドを弾性的に保持するエアパッドと、を有することを特徴とする。

本発明のフローティング装置によれば、測定子又はロボットチャックが固定される円筒体又はロッドの側面がエアパッドにより弾力的に保持されているため、多少の位置ずれが生じていても通常の測定操作又は組み付け操作と同時に位置修正をも可能とする。したがって、厳密に位置調整を行う手間が省けるため、測定又は組み付け作業を効率的に進めることができる。

本発明の第１の実施形態に係るフローティング装置の概略構成を示す側断面図である。先端に測定子を有する図１のフローティング装置の動作において、平行偏心による位置ずれの調整動作を説明する図である。先端に測定子を有する図１のフローティング装置の動作において、偏角による位置ずれの調整動作を説明する図である。本発明の第２の実施形態に係るフローティング装置の概略構成を示す側断面図である。

以下、本発明のフローティング装置について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について、図１を参照しながら説明する。図１は、第１の実施形態におけるフローティング装置の概略構成を示す側断面図である。

この図１に示したフローティング装置１は、中央にホルダー穴を有する取付け部材２と、基部が取付け部材２のホルダー穴に貫通して固定された固定軸３と、固定軸３の外周に被嵌され基部が前記取付け部材２に対して弾性的に保持された円筒体４と、固定軸３の外周と円筒体４の内面間に介在して円筒体４を弾性的に保持するエアパッド５と、を有するものである。ここで、エアパッド５は、その配置位置を破線で示している。

また、円筒体４は、取付け部材２及び固定軸３のそれぞれに弾性的に保持されてなり、取付け部材２に対しては、コイルスプリング６と取付け部材２に固定されたリング状の押さえ部材７によって保持され、固定軸３に対してはエアパッド５によってその内部の圧力によって保持されている。

取付け部材２は、中央にホルダー穴を有し、このホルダー穴には固定軸３を貫通して固定できるようになっている。取付け部材２と固定軸３は一体的に固定できればホルダー穴に限定されずに公知の固定方法を用いることができる。また、この取付け部材２の円筒体４を設ける側と反対の側面は、図示していないアクチュエータ等の駆動装置に固定できるようになっている。駆動装置としては、ある軸に対して装置側の軸を一致させたまま移動が可能なシリンダやロボットアーム等の公知の駆動装置が挙げられる。

固定軸３は、取付け部材２のホルダー穴に貫通して保持され、アクチュエータ等の駆動方向に軸を合わせて固定されている棒状の部材である。この固定軸３は取付け部材２の一方の面に突出して円柱状に設けたものである。この円柱は、常に一定の直径でなくてもよく、その直径を変えながら所望の機能を有するように設けてもよい。例えば、エアパッド５の位置を安定させる凹凸形状や、湾曲形状等を設けることが好ましい。

円筒体４は、固定軸３の外周に被嵌され、上記したようにその基部が取付け部材２に対して、コイルスプリング６と取付け部材２に固定されたリング状の押さえ部材７によって弾性的に保持されたものである。この押さえ部材７は、コイルスプリング６の弾撥力に抗して円筒体４を取付け部材２に保持できるようになっている。さらに、円筒体４は、固定軸３にエアパッド５によって弾性的に保持されている。

エアパッド５は、固定軸３の外周と円筒体４の内面間に介在して、固定軸３に円筒体４を弾性的に保持するものである。このエアパッド５によって、円筒体４は通常は所定の位置に保持されているが、外力が加わった際には、エアパッド５が変形する。この変形により、円筒体４と固定軸３とは保持力はそのまま維持しながら、その相対位置を円筒体４にかかる力が均一に小さくなるように微小に変わる。

なお、このエアパッド５の内部には気体が封入され、その圧力により固定軸３と円筒体４の保持力が決まる。このエアパッド５は、所定の圧力となるようにして独立したパッドとして円筒体４を保持できるようにしてもよいが、エアパッド５に吸排気可能な気体の通路を設け、この通路を圧力調整弁８を有するポンプ９等と接続して、エアパッド５内の気圧を調整できるようにすることが好ましい。このように気圧を調整可能としておくと、用途に応じて任意の気圧に随時変更、調整でき好ましい。例えば、その保持する先端部分の重さ（ここでは、円筒体４とそこに取り付けられる測定子やロボットチャック等の部材）や先端部分に加わる外力に応じてエアパッド５内の気圧を所望の圧力へと調節すればよい。なお、図１では、エアパッド５とポンプ９との間の気体の通路を、円筒体４の内部に設けた例を示している。

このエアパッド５の圧力は、例えば、アクチュエータにより測定子を用いる場合、０．１５〜０．５ＭＰａとすることが好ましい。０．１５ＭＰａ未満であると、先端部分の重みでその位置が変化してしまい、装置としての正確性が確保できない。また、０．５ＭＰａを超えると、測定対象物に接触して外力が加わった場合でも、保持力が強すぎるため、位置調整機能がうまく働かず、部品や測定子等を損傷するおそれが生じてしまう。このとき先端部分の重さは、約３０ｇ〜４ｋｇである。

このエアパッド５は、円筒体４を内部に注入した気体の圧力により弾性的に保持することができるものであれば、その形状、素材は問わないが、固定軸３の外周をその軸の周囲を一周する円環状のチューブが好ましい。

この円環状のチューブとしては、弾性素材を用いて形成すればよく、例えば、天然ゴム（ＮＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、シリコーンゴム（ＳＩＣ）、フッ素ゴム（ＦＲＭ）、ハイパロンゴム（ＣＳＭ）等の素材が挙げられる。

円環状のチューブは、強化繊維を埋め込んで補強して強度を高め、長寿命のものとすることもできる。ここで用いる強化繊維としては、カーボン繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、アラミド等のポリアミド繊維等が挙げられる。

このエアパッド５は、図１では、ロッドの先端部寄りと基部寄りの２箇所に設けているが、その構成によっては１箇所に設けてもよいし、３箇所以上に設けるようにしてもよい。このエアパッド５の数は、一般に、エアパッド５の固定軸３と円筒体４との接触面積と、固定軸３の長さと円筒体４の長さとの関係に応じて決定すればよい。

このように円筒体４は、アクチュエータ等の駆動方向の軸に対して、前後方向にはコイルスプリング６により、左右・上下方向にはエアパッド５により、弾性的に保持されており、外力が加わった際には、いずれの方向にも微小に移動して位置調整できるようになっている。

そして、円筒体４の先端（底部の外側面）には、測定子やロボットチャック等の各種部材を取り付けることができるように固定台４ａが設けられている。このとき円筒体４に固定される測定子やロボットチャックは、通常、固定軸３と同様にアクチュエータの動作方向とその軸とが合わせて設けられる。また、これら測定子やロボットチャックは、円筒体４と一体となって、取付け部材２及び固定軸３に対して揺動可能となっている。

ここで用いる測定子としては、公知の種々の測定子が例示でき、例えば、エアーマイクロ用測定子、電気マイクロ用測定子、変位計測用センサ等が挙げられる。また、ロボットチャックも公知のロボットチャックを用いることができる。

次に、円筒体４の先端に測定子１０を設けたフローティング装置１を動作させたときの位置調整について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２及び図３は、棒状の測定子１０を円筒体４の先端に固定したフローティング装置１を用いて、測定子１０を測定対象物３０の測定箇所である孔部３０ａに挿入する場合の例である（気圧調整の装置構成は省略している）。ここで、測定子１０は円筒体４の中心部に固定されており、フローティング装置１の軸と測定子１０の軸とは一致するように設けられている。また、測定対象物の孔部３０ａの入口には面取り等をして傾斜を設け、さらに測定子の先端側にも傾斜をつけて、仮に測定子１０の先端が孔部３０ａとずれていて接触しても、孔部３０ａ側に測定子１０を移動させるようにして挿入可能な状態へ導く形状とすることが好ましい。

まず、図２を参照しながら、測定対象物の孔部３０ａの軸と挿入する測定子１０の軸が平行ではあるが、中心線が一致していない平行偏心の場合の挿入動作を説明する。このとき、図２（ａ）に示したように、挿入前の測定子１０と測定対象物の孔部３０ａとのそれぞれの軸が互いに平行ではあるが、一致しておらず、ずれて配置されている。このような場合、フローティング装置が設けられていないと、孔部３０ａと測定子１０が接触してそれ以上挿入ができず、再度、位置調整を行って、正確に互いの軸を一致させてからでなければ測定ができない。

一方、本発明のフローティング装置１を設けた場合には、そのまま測定子１０をフローティング装置１と共に下降させていくと、測定子１０の先端部と測定対象物の孔部３０ａの入口外周部が接触するが、その接触により測定子１０は孔部３０ａの軸側に動こうとする力が生じ、本発明では、その力が測定子１０の固定されている円筒体４を介してエアパッド５にまで伝わり、このときエアパッド５が円筒体４から受ける力が均等になるように変形する。このエアパッド５の変形により、円筒体４及び測定子１０の軸が孔部３０ａの軸と一致するようになるまで移動し、測定子１０は孔部３０ａにそのまま挿入できる（図２（ｂ））。このとき、アクチュエータ等に固定されている取付け部材２及び固定軸３は、挿入の前後において水平方向の位置は変化しておらず（上下に動作したのみ）、円筒体４及び測定子１０が水平方向にずれ分だけ平行移動して、円滑に測定子１０が孔部３０ａに挿入される。

また、図３を参照しながら、測定対象物の孔部３０ａの軸と挿入する測定子１０の軸がそれぞれ傾いて交差している偏角の場合の挿入動作を説明する。このとき、図３（ａ）に示したように、挿入前の測定子１０と測定対象物の孔部３０ａとのそれぞれの軸は、互いに平行ではなく、角度を有して交差した状態で、ずれて配置されている。このような場合、フローティング装置が設けられていないと、孔部３０ａと測定子１０が接触してそれ以上挿入ができず、再度、位置調整を行って、正確に互いの軸を一致させてからでなければ測定ができない。

一方、本発明のフローティング装置１を設けた場合には、そのまま測定子１０をフローティング装置１と共に下降させていくと、測定子１０の先端部は、測定対象物の孔部３０ａの入口から内部へ挿入されるが、孔部３０ａの内壁と角度をもって接触し、その接触により測定子１０は、その軸を孔部３０ａの軸方向に倣うように動こうとする力が生じ、本発明では、その力が測定子１０が固定されている円筒体４を介してエアパッド５にまで伝わり、このときエアパッド５が円筒体４から受ける力が均等になるように変形する。このエアパッド５の変形により、円筒体４及び測定子１０の軸が孔部３０ａの軸と一致するようになるまで移動し、測定子１０は孔部３０ａにそのまま挿入できる（図３（ｂ））。このとき、アクチュエータ等に固定されている取付け部材２及び固定軸３は、挿入の前後において水平方向の位置は変化しておらず（上下に動作したのみ）、円筒体４及び測定子１０が水平方向にずれ分だけ回転移動して、円滑に測定子１０が孔部３０ａに挿入される。

ここで、ずれ分を吸収する回転移動によって、円筒体４と取付け部材２及び固定軸３との軸もそれぞれ傾くことになるが、その際の円筒体４と取付け部材２とのずれをコイルスプリング６で吸収可能であるため、円滑に測定子１０の位置調整を行うことができる。

なお、図１〜３において、固定軸３の先端には、ガイドピン３ａが設けられているが、これは設けていなくてもよい。ガイドピン３ａを設ける場合には、円筒体４の固定軸３に対向する面（円筒体４の内部底面）において、そのガイドピン３ａに相当する形状に凹部を設けたり、円筒体４の内部底面と固定軸３との間が離れている場合には、円筒体４の内部底面に凸部を設け、ガイドピン３ａの周囲を囲ったりする等して、ガイドピンと円筒体のずれが一定以上大きくなったときにガイドピン３ａが円筒体４の凹部又は凸部と接触する構成としておけば、円筒体４のずれを所望の大きさで規制することができ、想定以上のずれを生じないようにできる。

（第２実施形態）
本発明の第２の実施形態について、図４を参照しながら説明する。図４は、第２の実施形態におけるアクチュエータの概略構成を示す側断面図である。

この図４に示されたフローティング装置１１は、底部に取付けねじ穴を有する有底の円筒状保持部材１２と、円筒状保持部材１２の底面１２ａに弾性部材を介して固定された円板状の可動プレート１３と、可動プレート１３の中央に垂直に固定されたロッド１４と、中央に設けた穴にロッド１４を遊挿させて円筒状保持部材１２の蓋部となるリング状部材１５と、ロッド１４の外周と円筒状保持部材１２の内面間に介在してロッド１４を弾性的に保持するエアパッド１６と、を有するものである。ここで、エアパッド１６は、ロッド１４の外周を覆うように設けられており、そのエアパッド１６の外周は円筒状の台座１７の内面に固定されている。図４ではエアパッド１６の断面形状の輪郭（半楕円に類似したかまぼこ形状）と配置位置を破線で示している。

円筒状保持部材１２は、その円筒内部に後述するロッド１４の基部を収容し保持できるようになっており、その一端は閉じられて底部となっており、他端側は解放されており、その開放端からロッド１４が突出されるようになっている。また、この円筒状保持部材１２の底部には、アクチュエータの駆動装置等に取付け可能とする取付けねじ穴等の取付け部を設ける。

可動プレート１３は、円筒状保持部材１２の底面に弾性部材であるコイルスプリング１８を介して固定されており、そのコイルスプリング１８と接する面の反対の面には、先に説明したロッド１４が垂直に固定されている。

このロッド１４は、可動プレート１３の中央に固定されており、その先端には測定子やロボットチャックが固定できるようになっている。

このロッド１４は、リング状蓋１５の中央に設けられた穴を通って外部に突出されている。

また、ロッド１４の外周面と円筒状保持部材１２の内面間には、エアパッド１６が設けられている。このエアパッド１６は、ロッド１４の軸周りの外周の一部又は全部を帯状に覆って保持できるチューブ状の形状である。

エアパッド１６は、ロッド１４の外周と円筒状保持部材１２の内面間に介在してロッド１４を弾性的に保持するものである。このエアパッド１６によって、ロッド１４は通常は所定の位置に保持されているが、外力が加わった際には、エアパッド１６が変形する。この変形により、ロッド１４と円筒状保持部材１２との相対位置が変わってロッド１４にかかる力が小さくなるように動作する。

なお、リング状蓋１５は、このエアパッド１６を固定するため、エアパッド１６の台座１７を円筒状保持部材１２の内周面とで挟んで所定の位置にエアパッドが固定されるようになっている。

エアパッド１６は、第１の実施形態と同様に、所定の圧力となるようにして独立したパッドとしてロッド１４を保持できるようにしてもよいが、エアパッド１６に吸排気可能な気体の通路を設け、この通路を圧力調整弁１９を有するポンプ２０等と接続して、エアパッド１６内の気圧を調整できるようにすることが好ましい。このように気圧を調整可能としておくと、用途に応じて任意の気圧に随時変更、調整でき好ましい。

ロッド１４の先端部に固定される測定子及びロボットチャックは、第１の実施形態と同一のものが挙げられる。

そして、ロッド１４に固定された測定子又はロボットチャックは、第１の実施形態で説明したのと同様の動作によって位置調整を行うことができ、効率的に作業を行うことができる。すなわち、この第２の実施形態では、装置として固定される部分は、円筒状保持部材１２であり、ロッド１４が円筒状保持部材１２に対してエアパッド１４により平行移動が可能で、コイルスプリング１７によって偏角による修正動作におけるずれの吸収も可能となっており、第１の実施形態と同様に位置調整を容易に、かつ簡便な装置構成で達成できる。

１…フローティング装置、２…取付け部材、３…固定軸、４…円筒体、５…エアパッド、６…コイルスプリング、７…押さえ部材、１０…測定子、１１…フローティング装置、１２…円筒状保持部材、１３…可動プレート、１４…ロッド、１５…リング状蓋、１６…エアパッド、１７…台座、１８…コイルスプリング

Claims

一方の面の中央に突出した棒状の固定軸を有する板状の取付け部材と、
前記固定軸の外周に被嵌され、基部が前記取付け部材に弾性部材を介して固定された円筒体と、
前記固定軸の外周と前記円筒体の内面間に介在して前記円筒体を弾性的に保持するエアパッドと、
を有することを特徴とするフローティング装置。
一端が有底の円筒状保持部材と、
前記円筒状保持部材の内側底面に弾性部材を介して固定された円板状の可動プレートと、
前記可動プレートの中央に、前記円筒状保持部材の開放端から突出させるように垂直に固定されたロッドと、
中央に設けた穴に前記ロッドを遊挿させて前記円筒状保持部材の開放端側の蓋部となるリング状部材と、
前記ロッドの外周と前記円筒状保持部材の内面間に介在して前記ロッドを弾性的に保持するエアパッドと、
を有することを特徴とするフローティング装置。
前記エアパッドの圧力が可変である請求項１又は２記載のフローティング装置。
前記エアパッドの圧力が０．１５〜０．５ＭＰａである請求項１乃至３のいずれか１項記載のフローティング装置。
前記弾性部材がコイルスプリングである請求項１乃至４のいずれか１項記載のフローティング装置。
前記円筒体又は前記ロッドの先端に測定子が固定されている請求項１乃至５のいずれか１項記載のフローティング装置。
前記測定子が、エアーマイクロ測定子、電気マイクロ用測定子又は変位計測定用センサである請求項６記載のフローティング装置。
前記円筒体又は前記ロッドの先端にロボットチャックが固定されている請求項１乃至５のいずれか１項記載のフローティング装置。
請求項６乃至８記載のフローティング装置における、前記取付け部材又は前記円筒状保持部材を、駆動手段に固定したことを特徴とするアクチュエータ。