JP2017193025A - シャフトの把持機構 - Google Patents

Abstract

【課題】シャフト状物を把持する際に、容易に把持できる把持機構を提供する。【解決手段】シャフト１０を把持する把持機構１であって、把持部と２伝達部４を備え、把持部２は、シャフト１０の外側面を少なくとも２点以上の接触により把持する接触部３を備え、かつ、分割可能な複数の分割要素を含み、該複数の分割要素のうち少なくとも一の分割要素は、シャフト長軸に平行な面の一方側に、残りの分割要素は他方側に分割され、伝達部４は、把持部２の外表面に配置された、凸部、および／または凹部である把持機構。【選択図】図１

Description

本発明はシャフトを加工するため使用される把持機構に関する。

一般的に機械加工の方法としては旋盤加工・フライス加工といった切削加工、研磨機を用いた研削加工、ドリルを用いた穴加工、レーザー加工が知られている。このような加工は、ワークまたはバイト（刃物、レーザービームなど）のいずれかの回転運動や、単軸または多軸の直線運動、ロボットによる自由運動などにより加工が施される。ワークの形態としては、多面体からなる塊状、ロッドやチューブ状、ワイヤー状など様々である。このような形態の中で、ワークが、ロッド、チューブ、ワイヤー状で、断面が円状または矩形の形態を有している場合には、ワークの把持には一般的に、コレットチャック、ドリルチャックと言われる把持部によりワークを把持する機構が主流となっている。

ところがこのような機構では、把持部に対して、ワークの一方の端部からワークを挿入する必要がある。ワークに施す加工が回転加工である場合、加工を安定的に実施するために把持位置は、バイトの近辺であることが好ましい。ワークがシャフト状物であれば、バイト近辺だけでなく全体を把持するためにワークの全体にわたってまたは複数個所に把持部を設ける必要があり、ワークを端部から把持部に挿入し、その反対側の端部付近まで挿入することが必要とされる。そのため長尺になればなるほど、その挿入は不便になる。

また、ワークを端部から挿入する必要があるため、ワークの表面寸法が均一ではなく、多段階に外形が変化していると、上記に述べたコレットチャックやドリルチャックでは把持部の開閉幅に制限があるため、把持サイズには限界がある。またこのような機械加工以外の技術分野においても、シャフト状ワークを把持する加工は数多く存在し、例えば、コーティング分野において、スプレーやディッピングといった加工でも、シャフト状ワークを把持するケースはみられる。また熱処理分野においても、シャフト状ワークの部分的な熱処理の際には、把持するケースもみられる。

あらゆる産業分野においてシャフト状ワークの加工が実施されるが、特に長尺・小径な形態を成しているワークを取り扱う分野、すなわち医療機器のカテーテルをワークとする分野では顕著である。カテーテル製品などの小径長尺シャフトを有する構造体の生産技術において、シャフトの端部、側面には、切削や研削などの加工が施される。シャフト周方向への加工には、シャフトを側面で把持してその円周方向の中心軸により回転することで刃物加工やレーザー加工による切削、溶接、研磨や、液滴を塗布しながらのコーティングが現在、一般的に実施されている。

そのような加工時に、シャフトを把持する方法としては、この分野においてもコレットチャックやドリルチャックといった把持機構が一般的に用いられている。従来、これらの把持機構にシャフトをチャックする際には、シャフトの端部から挿入し、適切な位置にて固定をする。しかしながら長尺のシャフトの場合は、全長が長いため挿入時には、手間がかかり作業性が悪い。また、チャック機構の可能把持径についても、チャックの口径に上限があるため、全長にわたって径寸法に変動があり、チャック口径を越える径寸法のシャフトは挿入できない。カテーテルにおいては、シャフト外径が１ｍｍ〜５ｍｍ程度に対して、端部に接続されるハブまたはマニホールドと呼ばれるコネクターは最大部寸法が１０ｍｍ以上を有し、シャフト径と比べると２〜３倍以上の径の増大が一般的である。このような場合、コレットチャックやドリルチャックでは、把持レンジが数ｍｍ程度しかないため対応することができない。かつ、カテーテルのようなプラスチック製チューブで構成される柔軟小径なシャフトは、チャック内を通す際に、挿入時の折れ、たわみなどを抑えるため細心の注意が必要となってくる。したがって、上記のような柔軟小径な長尺シャフトを容易に把持する機構の実現が課題となっている。

現在、知られているシャフト状ワークの把持方法として、次に記載する先行文献が開示されている。

先行文献１では、回転枠を有し、歯車と支持ローラーにより回転可能となっているが、ワーク種によるチャックの切り替え要素は有しておらず、様々なワーク形状には対応できない。また対象物としては建物などの構造物用の大型の頑丈な鉄骨であり、本発明のような小径、柔軟性のあるシャフトは該当しない。

先行文献２では、開閉式の把持機構であり、内部に可動式のジョーが構成されている。ラチェット機構により原状復帰機能を有している。本発明は、開閉式把持機構のため思想は同じであるが、歯車を有しており、この歯車で軸回転が可能となるため異なる構造である。

先行文献３では、半円形状の部品が上下に配置され、開閉可能となることでシャフトを把持するが、回転機構を備えていない。本発明は開閉機構によりシャフトを把持し、かつ開閉機構の外側に歯車が設置されており、装置側のモーター等の歯車と容易に接続可能であるため、先行文献３の発明とは構造が異なる。

先行文献４では、歯車が分割されることにより回転軸に取り付けた歯車を軸から容易に取り外せる。本発明とは分割歯車という機構は同じであるが、先行文献４の発明には、ワークを把持する概念はないので異なる。

上記に記載のように既存の技術分野では、柔軟・小径なシャフトに対して容易な手法での有効な把持機構は存在していない。

特開平０５-１６１９９５号公報 特開２００３-１２７０１０号公報 特開昭５８-１８４２０７号公報 特許第２７５８７３４号

本発明が解決しようとする課題は、シャフト状物を把持する際に、容易に把持できる把持機構を提供することである。

（１）本発明は、シャフトを把持する把持機構であって、把持部と伝達部を備え、前記把持部は、前記シャフトの外側面を少なくとも２点以上の接触により把持する接触部を備え、かつ、分割可能な複数の分割要素を含み、該複数の分割要素のうち少なくとも一の分割要素は、シャフト長軸に平行な面の一方側に、残りの分割要素は他方側に分割され、前記伝達部は、前記把持部の外表面に配置された、凸部、および／または凹部である把持機構に関する。これにより、シャフト状物や、全長にわたって寸法変化のあるシャフトなどのワークを容易に把持できることができる。また、把持機構の伝達部が外部の動力源と接触することによりワークを駆動することができる。
（２）前記伝達部は、前記把持部の外側周方向に配置された、シャフト長軸と回転軸とが一致しない回転動力源の伝達機構に接触可能であることが好ましい。これにより、ワークを回転させることができる。
（３）前記接触部は前記シャフトの少なくとも一部分に密着する形状であることが好ましい。これにより、ワークの把持を確実にすることができる。
（４）前記接触部は、把持部に対し、一部または全部が着脱可能であることが好ましい。これにより、ワークのサイズや材質に応じて、ワークとの接触部分の形状や材質を任意に選択することができる。
（５）前記接触部は少なくとも２つ以上の爪部を有しており、前記爪部は前記把持機構の内側に向けて進退可能であることが好ましい。これにより、ワークの把持を確実にすることができる。また、ワークの外形に応じて確実に保持することができる。
（６）前記接触部は、前記分割可能な複数の分割要素と一体であり、該分割要素の分割に伴って分割可能であることが好ましい。これにより、接触部と分割可能な複数の分割要素を一体的に取り扱うことができる。
（７）加えて本発明は、前項１から７に記載の把持機構を含む把持装置と、前記把持機構の伝達部に接触可能な伝達機構を含み、前記把持機構の把持するシャフトの長軸と回転軸とが一致しない回転動力源とを含むシャフトの加工装置に関する。これにより、シャフト状物や、全長にわたって寸法変化のあるシャフトなどのワークを容易に把持できることができ、把持機構の伝達部が外部の動力源と接触することによりワークを駆動することができる加工装置を提供することができる。
（８）前記回転動力源は、前記把持機構に動力を伝達する回転駆動部を備えることが好ましい。これにより、効率的に動力を把持機構に伝達することができる。
（９）前記シャフト加工装置は、シャフトに接触する１または複数のサポート部を備えることが好ましい。これにより、シャフトの途中部分を支持し、シャフトのたわみや変形を抑えることができる。

この発明によれば、シャフト状物や、全長にわたって寸法変化のあるシャフトを容易に把持できることができる。

本発明の一実施形態に係る把持機構の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る把持機構の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る把持機構の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る把持機構の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る把持機構の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る把持機構の把持部の一部分の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る把持機構のカートリッジ式接触部の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る把持機構の把持部の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る把持機構の把持部の断面図である。 本発明の一実施形態に係る把持機構の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る把持機構の斜視図である。

本発明の好ましい実施形態は図１、２に示すような構造を有する。シャフト状物であるワーク１の外表面の一部を複数の把持部２により覆う。シャフト把持部２の内面には接触部３を有し、ワーク１と直接的に接触する機能を有する。また接触部３はシャフト把持部２と別部品として接触部中子６でもよく、その場合はカートリッジ式となり自由に取り外し、取替えが可能となる。

（ワーク）
把持するワーク１０はシャフト状物であればなんでもよく、金属、樹脂、木材、コンクリート等で限定しない。ワーク１０の形状・長さとしても、棒状、チューブ状で構成され、その断面形状も円形、矩形、テーパー状、段付状などから構成されていてもよい。長さも特に規定はしないが、本発明の効果は長尺物に対して有効である一方、短尺ものであっても、先に示したようなテーパー状、段付状といった外面形状が極端に異なるワーク１０については有効な把持手法となる。図３に示すような段付シャフト１１のような軸方向の形状が一定でない形態を有しているシャフトであってもよい。

このようなワークを取り扱う産業分野として、医療機器分野が挙げられる。中でもカテーテル製品は、ワークとして特に好適であり、図４に示すようなカテーテル１２のような長尺（３０ｃｍ〜２００ｃｍ程度）小径（直径０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度）で、柔軟なシャフトもワークとすることができる。このようなワークであっても、シャフトの途中部分を容易に把持できる。

（把持部）
ワークの長尺部をシャフトと定義し、そのシャフトを把持するための機構として、把持部２はシャフトの外表面を少なくとも２点以上の接触により把持する接触部３を備えている。その接触部３は分割可能な複数の分割要素を含んでいる。その分割の方向は、シャフトの長軸方向に平行な面の一方側に、残りの分割要素は他方側に分割される。残りの分割要素が分割される他方側とは、接触部３の一の分割要素が分割される一方側と異なる方向であればよく、接触部３の一の分割要素を鉛直上方向に分割し、残りの分割要素をすべて鉛直下方向へ分割する形態や、接触部３の一の分割要素を鉛直上方向に分割し、残りの分割要素をそれぞれシャフト長軸に垂直な方向へ分割する形態が可能である。また、接触部３の一の分割要素のみが一方側へ分割され、残りの分割要素は固定された形態であってもよい。これにより、シャフトの途中部分を容易に把持することができる。また、この構造によって、シャフト端部からの挿入ではなく、シャフト全長のいずれの部分においても途中で把持できるため、作業性が改善される。

分割方式としては、各分割要素が蝶番などの開閉機構により連結され、各分割要素が閉じるとシャフトの少なくとも一部分の外表面を覆うことができ、開くとシャフトがとりはずし可能な程度の隙間を構成することができる。把持部の材質としては特に限定されず、金属、樹脂など適宜選択可能である。

また、シャフト把持部２は、シャフトの軸方向に対して複数個配置してもよく、特に柔軟なシャフトに対しては、たわみやすいので、図５に示すように複数個を適切な間隔にて配置してもよい。

（接触部）
接触部３はシャフトと直接的に接触する部位であり、シャフトを正確に把持する機構が必要となる。そのためにはシャフト外表面に適した形状で把持することが好ましい。特に、接触部の少なくとも一部がシャフトの形状に密着する形状であることが好ましい。一般的にはコレットチャックやドリルチャックでは複数の爪が周方向に移動することでシャフト外径に適した部位で固定し、把持することが可能である。しかしながらこの形態では、シャフト途中での把持は不可能なため、端部から挿入することが必要となる。

本発明では、各シャフト形状に適するよう、図６、７に示すように接触部３をカートリッジ方式とし、各シャフト形状に適したカートリッジとして接触部中子を選択可能である（代表例として接触部中子３１、３２、３３）。カートリッジのシャフトと接触する箇所の形状は円形３１、矩形３２、爪状３３テーパー、段付と適宜選択可能である。接触部３の材質としては金属でも樹脂でも特に限定しないが、樹脂の場合、シリコーンやポリウレタンなど低反発の樹脂であればシャフトの外面形状に対して適切な形状に圧縮されるため把持力は高くなる。金属の場合、シャフトの外径よりもわずかに小さい形状とすることでより高い把持力を発生させることが可能である。

またカートリッジ内で径方向に進退可能な複数の爪部３４により、シャフトを把持してもよい。この場合、カートリッジ内で爪部３４が把持機構の内側に向けて進退可能なためシャフト外表面形態にそって進退可能であり、接触部３がシャフトに密着するため、シャフトを適切に把持することが可能となる。爪部が把持機構の内側に向けて進退可能とは、接触部３に設けられた爪部３４が、シャフトの長軸に対し放射方向に進退可能であることをいう。爪部３４は複数設けられることが好ましい。爪部によって複数箇所でシャフトを支えることにより、確実に把持することができる。爪部を１箇所とし、当該爪部を接触部の一の分割要素として分割可能に構成してもよい。

爪部３４は、シャフトに接触する部分に柔軟な弾性部材を設けることにより、把持機構の内側に向けて進退可能とすることができる。また、爪部を、シャフトに接触する接触片とそれに接続されたバネ部材により構成し、把持機構の内側に向けて進退可能とすることができる。

また、接触部３の一部がカートリッジ式で、部分的に着脱可能となっていてもよい。例えば上記爪部をカートリッジとすることができる。一部をカートリッジ式とすることにより接触部３の残りの部分を把持機構本体に固定した機構とすることができる。カートリッジ式とした場合は、多様な外形のシャフトに対応することができる。

一方で、図８、９に示すようにカートリッジ式ではなく、把持部２の内側に径方向に進退可能な複数の爪部３４が爪穴３５に配置されている寸法可変式でもよい。寸法可変式の爪部３４の進退可能構造には、爪部３４を爪穴３５内に配置されたばね３６により自由に進退させる形態や、エア・水・油圧といったシリンダーでの形態、ボールネジなどのロボット形態でもなんでもよく特に制限しない。

（伝達部）
把持部２の外側側面・周方向には別途、モーターのような動力源２０の回転運動が伝達可能な凸部、および／または凹部の伝達部４が配置されている。これにより、回転動力源の回転運動を効率的に伝達することができる。凸部、凹部の形態としては歯車のような凹凸形状が好ましく、歯高さや歯ピッチなどは特に制限しない。伝達部４の材質としては特に限定されず、金属、樹脂など適宜選択可能である。この伝達部４は前記のシャフト把持部２の外表面に配置されるため、シャフト把持部２と連動して分割部品となり、シャフト把持部２と連動して開閉される。

（シャフトサポート部）
柔軟なシャフトの場合はたわみやすいので、シャフト把持部以外に図１０、１１に示すようなサポート部１２を配置してもよい。サポート部は少なくとも１つ以上で配置され、それぞれが独立して加工装置上のＸＹ座標上に移動可能とされ、切削刃物、レーザー、ドリルなどの加工時の動作に追従し、たわみやすいシャフトを部分的に常にサポートすることで加工部位を安定化させることが可能である。

また加工の際、加工刃物、ドリル、レーザーなどが接触または照射される部位のみ安定した回転が必要とされるため、たわみやすい柔軟性のあるシャフト１３の場合は、図１１に示すようにこのサポート部１２は、シャフト把持部２と同軸上に配置される必要はない。

（回転動力源）
シャフト把持機構１を回転させるための動力源２０としては、特に限定しないが、シャフト把持機構１を自動で回転させる場合は、一般的にモーターを使用するのが好ましい。より好ましくはステッピングモーターなどを使用すると回転数、速度、回転角度を制御可能なためより効果的な加工を施すことが可能である。動力源は、動力源に連結した回転駆動部２１を介してシャフト把持機構の伝達部４に回転を伝えることができる。

（加工）
本発明のシャフト把持機構１を用いてワークを加工する場合、適用可能な加工としては、切削（刃物、レーザー）、研削、コーティング（スプレー、ディッピングなど）、熱処理などが挙げられる。これらに限られず、長物シャフト状物を把持することが必要となる加工作業全般に応用可能である。

一般的にコレットチャックやドリルチャックといった把持機構ではシャフトを把持するには端部、およびシャフト軸上に極端な形状の寸法変化を有するものでは把持が困難である。そのため、シャフトへの加工が完了した後に、端部やシャフト軸上に次の部品の取り付け、加工が行われていたが、本発明により部品の取り付けや加工が完了した状態でも把持できるため生産工程をより効果的に変更することが可能となり、効率のよい工程ラインを設計することが可能となる。

（実施例１）
ワーク１０として小径で柔軟なシャフトとして、樹脂製の外形２ｍｍ、長さ８００ｍｍのチューブ状シャフトを用意し、端部にはハブと呼ばれるその他のデバイスとの接続を可能とする部品を取り付けた。ハブの、シャフト長軸方向に直交する断面の最大幅は、２０ｍｍであった。シャフト把持部２は２分割とし、接触部として、シャフト形状に適するよう内径１．９５ｍｍの半円形とした。伝達部４には歯車形状の突起を設け、モーター２０側の駆動軸に伝達部と同様の歯車２１を設け回転駆動部とした。この構成により、端部にハブが取り付けられたシャフトであるが、端部を気にすることなくシャフトの途中部分から容易にチャックすることができ、回転が問題なく動作できていることを確認した。

比較例

ワークとしては実施例１と同じシャフトを使用し、把持機構としては一般的なドリルチャックを使用した。短部に寸法の大きいハブが取り付けられていることからドリルチャックの開閉レンジ外となってしまったため、シャフトを把持することができなかった。

１．把持機構
２．把持部
３．接触部
４．伝達部
３１．接触部中子（円形）
３２．接触部中子（矩形）
３３．接触部中子（爪状）
３４．爪部
３５．爪穴
３６．ばね
５．サポート部
１０、１１、１２、１３．ワーク
２０．動力源
２１．回転駆動部

Claims (9)

1. シャフトを把持する把持機構であって、把持部と伝達部を備え、前記把持部は、前記シャフトの外側面を少なくとも２点以上の接触により把持する接触部を備え、かつ、分割可能な複数の分割要素を含み、該複数の分割要素のうち少なくとも一の分割要素は、シャフト長軸に平行な面の一方側に、残りの分割要素は他方側に分割され、前記伝達部は、前記把持部の外表面に配置された、凸部、および／または凹部である把持機構。
   
2. 前記伝達部は、前記把持部の外側周方向に配置された、シャフト長軸と回転軸とが一致しない回転動力源の伝達機構に接触可能である請求項１に記載の把持機構。
   
3. 前記接触部は前記シャフトの少なくとも一部分に密着する形状である請求項１または２に記載の把持機構。
   
4. 前記接触部は、把持部に対し、一部または全部が着脱可能である請求項１から３のいずれか１項に記載の把持機構。
   
5. 前記接触部は少なくとも２つ以上の爪部を有しており、前記爪部は前記把持機構の内側に向けて進退可能である請求項１から４のいずれか１項に記載の把持機構。
   
6. 前記接触部は、前記分割可能な複数の分割要素と一体であり、該分割要素の分割に伴って分割可能である１から５のいずれか１項に記載の把持機構。
   
7. 請求項１から６に記載の把持機構を含む把持装置と、前記把持機構の伝達部に接触可能な伝達機構を含み、前記把持機構の把持するシャフトの長軸と回転軸とが一致しない回転動力源とを含むシャフトの加工装置。
   
8. 前記回転動力源は、前記把持機構に動力を伝達する回転駆動部を備える請求項７に記載のシャフト加工装置。
   
9. 前記シャフト加工装置は、シャフトに接触する１または複数のサポート部を備える請求項７または８に記載のシャフト加工装置。