JP2013180297A - ワーク反転設置機構 - Google Patents

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Abstract

【課題】トランスファプレスのワーク反転設置機構を提供する。
【解決手段】隣接するプレス金型の距離だけ往復駆動される搬送用ステージと、搬送用ステージに対して、フィンガ伸縮・開閉機構を内部に支持したケースを一斉に上昇、下降駆動するピックアップ用アクチュエータと、プッシュロッドを往復駆動して前記フィンガ伸縮・開閉機構を作動させるフィンガ伸縮・把持用アクチュエータを備え、前記プッシュロッドと前記フィンガ伸縮・開閉機構との間に回転軸を挿入し、当該回転軸はプッシュロッド側とは回転継手を介して、フィンガ伸縮・開閉機構側とは滑りクラッチを介して接続され、前記回転軸の中間部にはピニオンが設けられ、多段のプレス金型に沿って固設されたバーに前記ピニオンと係合するラックを設け、フィンガ伸縮・開閉機構側にラッチを設け、当該ラッチと係合しラッチの回転範囲を規制するストッパを前記ケース側に設けたワーク反転設置機構。
【選択図】図10

Description

本発明は、トランスファマシンのトランスファ機構に関し、特に、トランスファプレスなどに好適な、ワークの搬送とともに反転・横置きなどワーク加工姿勢を任意角度で変更することができるワーク反転設置機構であって、微小な製品を製造するための小型の工作機械であるマイクロファクトリに用いることができるワーク反転設置機構に関する。
通常のプレス加工では、材料供給にフープ材が用いられている。これは長いテープ状の金属板で、製品を得る直前まで材料がつながっていることから連続的に試料を送ることができ、多段のプレス加工を行って製品を作る場合に特に有利な材料供給方法である。
一方で多段のプレス加工を行う場合、前工程のワーク加工姿勢と次行程の加工姿勢を変更するような高付加価値加工が望まれる場合がある。行程間でワークを反転させることはその典型例である。反転により抜き方向を変えることができるためバリの向きが逆になり、製品と他の部品を組み付ける際、便利になるケースがある。またワークを横置きできると、製品の横方向の穴あけも一連のプレス加工で行えるため、プレス加工の応用性がさらに広がる。
このような加工姿勢を変更する多段のプレス加工においては、フープ材による材料供給方法は対応できず、あらかじめ製品大に切り出したワークを順次次工程に運んでプレス加工を行う、トランスファプレス加工が適している。この手法では、トランスファバーと呼ばれるプレス加工と連動した搬送装置で多数のワークを同時に送っている。トランスファ機構に反転・横置き設置機能を持たせると、搬送中に加工姿勢を変更でき抜き方向の異なる高付加価値加工が実現される。
これまで2つのプレス機間やトランスファプレスにおいてワークの位置姿勢を変更する手法や装置が幾つか提案されている。
例えば、特許文献1では、プレス機の間に吸着機構を持たせた2つのベルトコンベアからなる搬送手段を設けることで、ワークを反転させる場合と反転させない場合を任意に選びながらワークを搬送している。また、特許文献2ではパレット上に積層された多数のワークを回転ドラム機構に搬送設置し、ワーク上部に保持された別のパレットでワークを挟持したのちドラムを回転させてワークを反転させ、パレットを離間させて新しいパレット上のワークを再び引き出して次行程にまわしている。
これらの方法は、いずれもワーク反転のために専用の反転機構をプレス機の前後に設置するため、プレス機の間に十分なスペースが必要である。そのため、トランスファプレスのように、1つのメインモータで複数のプレス機を連動させ、ワークを連続的に搬送させつつ多段のプレス加工を行う場合に、これらの技術を適用することは難しい。
一方で、特許文献3ではトランスファプレスのトランスファバーにスライドとグリッパアタッチメントを設けることで、ワークを順次次行程に運びながら、その位置姿勢を任意に変更して設置することができる。
この方法では、グリッパアタッチメントの回転動作をさせるためのサーボモータや、グリッパを動作させるための圧縮空気による駆動機構など、トランスファ機構とは独立した別系統の動力機構を設け、制御しなければならない。したがって多段のトランスファプレス加工を行う場合は、多数のサーボモータと圧縮空気制御機構が必要になり、制御が複雑になってしまう。
特開2000−71032号公報 特開平8−252639号公報 特開平2−295620号公報
上記の従来技術は、自動車部品など比較的大きなワークのプレス加工を意図したものである。そのため、ミリメートルオーダーの微小な製品を製造するための小型の工作機械である、マイクロファクトリに適用することは、従来技術の単純なサイズダウンを行ったとしても、スペース上の制約からも難しい。
本発明は、特にミリメートルオーダーの微小な製品製造において、機械的動作を用いることで少ないアクチュエータで多段の反転・横置き可能な高付加価値トランスファプレス加工を実現するワーク反転設置機構を提供するものである。
上記課題を解決するために、本発明は、多段の加工ステーションで順次加工を行うトランスファマシンのワーク搬送機構において、フィンガをワークに向けて接離駆動しかつフィンガを開閉駆動してワークを把持するためのフィンガ伸縮・把持用アクチュエータと、フィンガを上下方向に駆動するためのピックアップ用アクチュエータと、フィンガを次段の加工ステーションに搬送して復帰させるための搬送用ステージの3つのリニアアクチュエータだけを用い、フィンガをワークに接近・把持、ピックアップ、搬送、設置、復帰を行うとともに、ワークの姿勢を変更できるようにしたワーク反転設置機構であって、
前記搬送用ステージは、多段の加工ステーションに沿って、隣接する加工ステーション間の距離だけ往復駆動され、
前記ピックアップ用アクチュエータは前記搬送用ステージ上に設けられ、搬送用ステージに対して、フィンガ伸縮・開閉機構を内部に支持したケースを一斉に上昇、下降駆動するものであり、
前記フィンガ伸縮・把持用アクチュエータは、フィンガを加工ステーションに接離する方向にプッシュロッドを往復駆動し、当該プッシュロッドの往復動により前記ケースに支持されたフィンガ伸縮・開閉機構を作動させるものであり、
前記プッシュロッドと前記フィンガ伸縮・開閉機構との間に回転軸を挿入し、当該回転軸はプッシュロッド側とは回転継手を介して接続され、フィンガ伸縮・開閉機構側とは滑りクラッチを介して接続され、
前記回転軸の中間部にはピニオンが設けられ、多段の加工ステーションに沿って固設されたバーに前記ピニオンと係合するラックを設け、当該ラックとピニオンは前記ケースが上昇した状態で隣接する加工ステーション間を往動時及び復動時に係合し回転軸を回転させ、当該回転を前記滑りクラッチを介してフィンガ伸縮・開閉機構側に伝えるものであり、
前記フィンガ伸縮・開閉機構に滑りクラッチを介して伝わる回転を所望の角度にするために、フィンガ伸縮・開閉機構側にラッチを設け、当該ラッチと係合しラッチの回転範囲を規制するストッパを前記ケース側に設け、前記往動時の前記回転軸の回転はラッチがストッパに当たるまで伝えられ、その後は滑りクラッチが滑ってフィンガの回転位置が所望の位置に保持され、前記復動時の前記回転軸の回転はラッチがストッパに当たるまで伝えられ、その後は滑りクラッチが滑ってフィンガの回転位置を元に戻して保持することを特徴とする。
また、本発明は、上記ワーク反転設置機構において、前記ストッパとラッチが互いに係合する面の一方には、前記クラッチを介してラッチをストッパから引き離そうとする力よりも弱い吸着固定装置が設けられていることを特徴とする。
また、本発明は、上記ワーク反転設置機構において、前記ラックに代えて摩擦板を採用し、前記ピニオンに代えて摩擦ローラを採用したことを特徴とする。
また、本発明は、上記ワーク反転設置機構において、前記多段の加工ステーションで順次加工を行うトランスファマシンは、多段のプレス金型で順次プレス加工を行うマイクロトランスファプレスであることを特徴とする。
また、本発明は、上記ワーク反転設置機構において、前記3つのリニアアクチュエータは、前記多段のプレス金型を上下動させるための駆動源から機構学的に連動させて駆動させることを特徴とする。
本発明のワーク反転設置機構により、トランスファマシンにおいて反転置きや横置きなどの高付加価値加工を実現でき、トランスファプレスにとりわけ有効である。
また、微小なワークを搬送することに適しているため、マイクロファクトリにおけるマイクロトランスファプレスに特に有効である。
本発明は、基本的にフィンガ伸縮・把持用アクチュエータ、ピックアップ用アクチュエータ、搬送用ステージの3つの駆動機構だけでフィンガをワークに接近、把持、ピックアップ、回転搬送、設置、復帰の一連の反転置きまたは横置き動作が可能であることから、少ないアクチュエータと簡単な制御で多段のトランスファプレスにも容易に適用できる。
本発明は、ラッチとストッパの係合面に吸着装置を設けたので、所定の回転位置で保持することができ、当接の衝撃による反発等で回転位置の位置がずれることを防止できる。
本発明のワーク反転設置機構の概要を示す図である。 図1に示したワーク反転設置機構の動作手順を説明する図である。 本発明のワーク反転設置機構におけるワークの反転を実現するための回転ストッパ機構を説明する図である。 図3に示した回転ストッパ機構を図3のy方向からみた図である。 図3に示した回転ストッパ機構を用いて横置きを実現させる場合を示した図である。 フィンガの伸縮・開閉機構を説明した図である。 図6に示したフィンガの伸縮・開閉機構の動作を説明した図で、フィンガを縮め開いた状態を示す図である。 図6に示したフィンガの伸縮・開閉機構の動作を説明した図で、フィンガを伸ばして開いた状態を示す図である。 図6に示したフィンガの伸縮・開閉機構の動作を説明した図で、フィンガを閉じてワークを把持しようとする状態を示す図である。 本発明のワーク搬送機構を、4段のマイクロトラスファプレスに適用した一実施例を示す図である。
以下に、図1〜9を用いて、本発明の実施の形態を説明する。
図1に、本発明のワーク反転設置機構を説明するために、1段のトランスファ動作を行うマイクロトランスファプレス装置への適用例を用いて、その概要を示す。
図1は、ピンセット状のフィンガ101、102により、ワーク7を反転させつつマイクロプレス金型8a、8bの間を搬送するトランスファ機構(ワーク搬送機構)に関するもので、機械的動作によって少ないアクチュエータでワークの反転搬送が可能であるという特徴を持つ。使用する駆動機構はフィンガ伸縮・把持用アクチュエータ(y方向)、ピックアップ用アクチュエータ9(z方向)、搬送用ステージ10(x方向)の3つだけでよく、トランスファプレスが多段になってもx,y,z軸方向のリニアアクチュエータをそれぞれ共通して使えるならば、3つの駆動機構だけで動作可能である。
図2に、動作手順を示す。
図2において、はじめにワーク7は図示されていないマイクロプレスに組み込まれている金型8a上に設置されていて、トランスファ機構はOの位置にある。フィンガ101、102は開かれた状態で、マイクロプレスがプレス動作を行っても干渉しない位置まで縮んでいる。
プレス動作が終わると、リニアアクチュエータが伸び、回転軸305に繋がっているピニオン401、滑りクラッチ301、フィンガ伸縮・開閉機構、フィンガ101、102を+y方向に移動させる。フィンガ101、102は機械式動作を行うフィンガ伸縮・開閉機構によって把持位置までy方向に伸びてから閉じ、ワーク7を把持する。
次に図示されていないz方向アクチュエータによって、トランスファ機構はAの位置に移動し、ワーク7をピックアップする。このときピニオン401とラック402が噛み合う。
図示されていないx方向ステージの動作とピニオン401とラック402により、フィンガ101、102はBで示すように回転し、ワーク7を反転させる。滑りクラッチ301と回転ストッパ機構により、ピニオン401が180°以上回転しても、試料7は反転した状態を保持したまま搬送される。
トランスファ機構はCの位置まで移動した後、前出の図示されていないz方向アクチュエータによりDの位置に移動する。リニアアクチュエータが−y方向に移動すると、フィンガ伸縮・開閉機構によりフィンガ101、102が開き試料7を金型8b上に解放した後フィンガが縮み、試料から離れる。
その後マイクロプレスが次のサイクルのプレス動作を行っている間に、ハンドを縮めた状態でトランスファ機構はD→C→A→Oをたどって元に戻り、搬送動作の1サイクルが完了する。この戻り動作は搬送動作のときと異なり、リニアアクチュエータが縮んだ状態で行われる。そのためピニオン401は搬送動作のときより−y方向にオフセットされる。ラック402のy方向厚みが十分であれば、戻り動作においてもピニオン401とラック402は噛み合い、滑りクラッチ301と回転ストッパ機構によってフィンガ101、102を最初の向きに戻すことができる。
図3に、リニアアクチュエータから回転ストッパ機構までの構造を示す。リニアアクチュエータ本体501から伸びるプッシュロッド502がy方向前後に動作する。回転軸305は回転継手404を介してプッシュロッド502につながり、ピニオン401とラック402が噛み合うことで回転し、滑りクラッチの入力側306に回転を伝える。これらは軸受け403によってケース6に支持されている。回転ストッパ機構は、固定リング304に取り付けられたストッパ303a、303bと、滑りクラッチ出力側301に取り付けられたラッチ302からなる。ストッパ303a、303bの上面端部には磁石などの吸着固定装置307a、307bが取り付けられておりラッチ302がストッパに接触したときにこれを保持する。ラッチ302はy軸方向に十分な長さを持っているため、リニアアクチュエータのプッシュロッド502が伸縮いずれの状態にあっても、ストッパから外れて回転することはない。
図4は、図3のピニオン401、ラック402、滑りクラッチ出力側301、回転ストッパ機構をy方向から見たときの動作状態を示す図である。これは図2のBの位置における関係である。ラッチ302は図2のAの位置においてはストッパ303a側の吸着装置307aに保持されているが、トランスファ装置が+x方向に進むに従い吸着装置を離れ、ピニオン401、滑りクラッチ出力側301、回転軸305とともにy軸周りに180°回転し、ストッパ303b側に当たると吸着装置307bに保持される。トランスファ装置がさらに+x方向に進むことによってピニオン401と回転軸305は回転を続けるが、ラッチ302と滑りクラッチ出力側301はそのままの回転角を保持する。図2のフィンガ101、102とフィンガ伸縮・開閉機構は滑りクラッチ出力側301に取り付けられているので、トランスファ装置の+x方向移動によって、フィンガの180°回転が可能となる。トランスファ装置が−x方向の戻り動作をするとき、ラッチ302はストッパ303bから303a方向に回転し、フィンガを元の回転位置に戻す。なお、吸着装置307a、307bの吸着力は滑りクラッチ入力側の回転によってラッチ302を引き離す力より弱いものとする。
図4のストッパの場所を変更することにより、試料の反転置きだけでなく、横置きなど所望の角度の姿勢変更にも対応できる。
図5は、ストッパの場所を変更して90°のフィンガ回転を実現するストッパの配置例である。
図6に、フィンガ伸縮・開閉機構の構造の概要を示す。回転ストッパ機構の先にスライダブロック201が固定されている。フィンガ基部203は固定ロッド204a、204bとスライダ202a、202bを介して保持されており、スライダブロックとはスライダの溝の分だけy方向に相対的に移動可能である。このフィンガ基部203はバネ206の力により、通常はスライダブロック201とスライダ202a、202bの+y方向前方に押し付けられている。フィンガ101、102はベアリング104に保持された回転板103を貫通してフィンガ基部203に固定されている。フィンガ101、102は弾力性を持つピンセット構造である。これらの構造は滑りクラッチ出力側301の回転と一体でy軸周りを回転する。
図7〜図9は、フィンガの伸縮・開閉動作を説明するための図である。
図7はフィンガを縮めて開いている状態である。図示されていないリニアアクチュエータにより、フィンガ伸縮・開閉機構全体はストッパピン105に当たるまで+y方向に移動する。図8がストッパピンに当たったときの状態を示している。これにより、フィンガを伸ばして開いた状態にすることができる。その後さらにリニアアクチュエータが+y方向に伸びると、図9に示すように、スライダブロック201とスライダ202aがバネ206を押し縮めながら静止したフィンガ基部203上を+y方向に移動する。このときスライダブロック201に取り付けられたボールローラ207a、207bがフィンガ基部203に取り付けられたフィンガ101、102の傾斜した上下面をスライドすることでフィンガが弾性変形をおこし、把持動作が行われる。
以上の機構により、フィンガ伸縮・把持用アクチュエータ、ピックアップ用アクチュエータ、搬送用ステージの3つの駆動機構だけでトランスファプレスのワークの把持と回転搬送を実現することができる。
図10は、本発明の一実施例として、4段のマイクロトランスファプレスに適用したときの例を示した図である。これは図示されていない4連のマイクロトランスファプレスに金型8a〜dが組み込まれているときに、トランスファ装置1a〜dがそれぞれ隣り合った金型の間のワーク搬送を行う状況を示している。ここでは全トランスファ装置をそれぞれx,y,z方向に一斉に移動させるための駆動機構10、、9が備えられており、プレス加工と同期したトランスファ動作を行う構造になっている。これらの機構は独立した制御機構を有するものでも実現できるが、通常のトランスファプレスにあるトランスファバーのように、トランスファプレス駆動用のメインモータからリンク機構を介して同期動作する機構を構築しても良い。
この例におけるワークの搬送と加工の様子は次の通りである。まずフープ材11が金型8aに供給され製品大のワーク7aとして切り取られた後、トランスファ装置1aによって金型8bに送られる。ここで曲げ加工されたワーク7bはトランスファ装置1bとラック402によって金型8cに反転置きされる。逆面の穴あけと一部切り落とし加工されたワーク7cはトランスファ装置1cとラック402によって金型8dに横置きされ、一部面が曲げ加工されて製品となる。最後にトランスファ装置1dが金型8dからワーク7dを取り出し、図示されていない製品搬送装置に製品を渡す。
この例ではトランスファ装置1bと1cだけがワーク回転動作を行うので、ここだけピニオンとラックが噛み合うように図示されているが、図4で示した回転ストッパ機構で、ラッチ302が一切動かないような位置にストッパを設定すれば、トランスファ装置1a、1dもラックと噛み合いながら搬送しても差し支えない。回転ストッパ機構がストッパ設置角度を任意に設定できるような機構を有している場合、トランスファ装置の基本構成は全て一緒のものでよい上、対象製品が変わり別の回転設置が要求される場合でも柔軟にシステムを変更して対応することが可能となる。
上記説明では、トランスファプレス加工装置のワーク反転設置機構を例にとって説明し、とりわけ、小寸法のワークを取り扱うトランスファプレス加工装置において有効な反転設置機構であるが、マイクロプレスを取り扱う生産機械分野であれば、広く利用できるものである。また、プレス加工専用に限らずとも、マイクロトランスファマシンのトランスファ機構の反転設置機構としても適用可能である。
(図1〜図9について)
O ワーク把持前のトランスファ機構の位置
A ワークをピックアップしたトランスファ機構の位置
B ワークを搬送・回転中のトランスファ機構の位置
C ワークを搬送したトランスファ機構の位置
D ワークを設置したトランスファ機構の位置
フィンガ伸縮・開閉機構
回転ストッパ機構
フィンガ伸縮・把持用アクチュエータ
6 ケース
7 ワーク
8a 搬送元金型
8b 搬送先金型
9 ピックアップ用アクチュエータ
10 搬送用ステージ
101 フィンガ上
102 フィンガ下
103 回転板
104 ベアリング
105 ストッパピン
201 スライダブロック
202a スライダ左
202b スライダ右
203 フィンガ基部
204a、204b 固定ロッド
205 バネ用ガイドピン
206 バネ
207a、207b ボールローラ
301 滑りクラッチ出力側
302 ラッチ
303a 第1のストッパ
303b 第2のストッパ
304 固定リング
305 回転軸
306 滑りクラッチ入力側
307a 第1の吸着装置
307b 第2の吸着装置
401 ピニオン
402 ラック
403 軸受け
404 回転継手
501 アクチュエータ本体
502 プッシュロッド

(図10について)
1a 第1のトランスファ機構
1b 反転置きが可能な第2のトランスファ機構
1c 横置きが可能な第3のトランスファ機構
1d 第4のトランスファ機構
フィンガ伸縮・把持用アクチュエータ
7a フープ材から切り出されたワーク
7b 折り曲げ加工されたワーク
7c 逆面に穴あけと一部切り落とし加工されたワーク
7d 製品として完成したワーク
8a 第1の金型
8b 第2の金型
8c 第3の金型
8d 第4の金型
9 ピックアップ用アクチュエータ
10 搬送用ステージ
11 フープ材

Claims (5)

  1. 多段の加工ステーションで順次加工を行うトランスファマシンのワーク搬送機構において、フィンガをワークに向けて接離駆動しかつフィンガを開閉駆動してワークを把持するためのフィンガ伸縮・把持用アクチュエータと、フィンガを上下方向に駆動するためのピックアップ用アクチュエータと、フィンガを次段の加工ステーションに搬送して復帰させるための搬送用ステージの3つのリニアアクチュエータだけを用い、フィンガをワークに接近・把持、ピックアップ、搬送、設置、復帰を行うとともに、ワークの姿勢を変更できるワーク反転設置機構であって、
    前記搬送用ステージは、多段の加工ステーションに沿って、隣接する加工ステーション間の距離だけ往復駆動され、
    前記ピックアップ用アクチュエータは前記搬送用ステージ上に設けられ、搬送用ステージに対して、フィンガ伸縮・開閉機構を内部に支持したケースを一斉に上昇、下降駆動するものであり、
    前記フィンガ伸縮・把持用アクチュエータは、フィンガを加工ステーションに接離する方向にプッシュロッドを往復駆動し、当該プッシュロッドの往復動により前記ケースに支持されたフィンガ伸縮・開閉機構を作動させるものであり、
    前記プッシュロッドと前記フィンガ伸縮・開閉機構との間に回転軸を挿入し、当該回転軸はプッシュロッド側とは回転継手を介して接続され、フィンガ伸縮・開閉機構側とは滑りクラッチを介して接続され、
    前記回転軸の中間部にはピニオンが設けられ、多段の加工ステーションに沿って固設されたバーに前記ピニオンと係合するラックを設け、当該ラックとピニオンは前記ケースが上昇した状態で隣接する加工ステーション間を往動時及び復動時に係合し回転軸を回転させ、当該回転を前記滑りクラッチを介してフィンガ伸縮・開閉機構側に伝えるものであり、
    前記フィンガ伸縮・開閉機構に滑りクラッチを介して伝わる回転を所望の角度にするために、フィンガ伸縮・開閉機構側にラッチを設け、当該ラッチと係合しラッチの回転範囲を規制するストッパを前記ケース側に設け、前記往動時の前記回転軸の回転はラッチがストッパに当たるまで伝えられ、その後は滑りクラッチが滑ってフィンガの回転位置が所望の位置に保持され、前記復動時の前記回転軸の回転はラッチがストッパに当たるまで伝えられ、その後は滑りクラッチが滑ってフィンガの回転位置を元に戻して保持することを特徴とするワーク反転設置機構。
  2. 前記ストッパとラッチが互いに係合する面の一方には、前記クラッチを介してラッチをストッパから引き離そうとする力よりも弱い吸着固定装置が設けられていることを特徴とする請求項1記載のワーク反転設置機構。
  3. 前記ラックに代えて摩擦板を採用し、前記ピニオンに代えて摩擦ローラを採用したことを特徴とする特徴とする請求項1又は2記載のワーク反転設置機構。
  4. 前記多段の加工ステーションで順次加工を行うトランスファマシンは、多段のプレス金型で順次プレス加工を行うマイクロトランスファプレスであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項記載のワーク反転設置機構。
  5. 前記3つのリニアアクチュエータは、前記多段のプレス金型を上下動させるための駆動源から機構学的に連動させて駆動させることを特徴とする請求項4記載のワーク反転設置機構。
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