JP2021151684A - グリッパ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チャック爪の自動交換において、チャック爪の把持時または脱着時に位置ズレが発生しても、確実にチャック爪が交換でき、且つ、低コストなグリッパ装置を提供する。【解決手段】工作機械におけるチャック装置のチャック爪に対して、予め所定位置に設けられた傾斜溝を把持するグリッパ装置であって、チャック爪の所定位置を把持可能なグリッパ爪と、チャック爪を所定位置で把持しなかった判定の材料となる判定材料と、を備え、グリッパ爪は、チャック爪を把持する面（以下、把持面という）のうち、所定位置に対向する部位からピンが突出され、ピンは、スプリングによってチャック爪側に付勢されており、ピンの先端は、少なくとも一部に球状面を有する球状部、又は傾斜面を有する円錐台状部を備えている、もの。【選択図】図１

Description

本発明は、グリッパ装置に関する。

近年、旋盤などの工作機械で用いられるチャックの爪（以下、チャック爪という）は、ロボットなどの搬送装置に取り付けられたグリッパによって、自動交換される。

特許文献１に開示されるチャックは、チャック爪の係合部に設けられた円錐面に沿って相対的に回動させることで、容易に爪交換をすることができる。

国際公開第２０１８−２０７５７０号公報

しかしながら、搬送装置に備えられたグリッパでチャック爪を自動交換する場合、チャック爪を把持する際、搬送装置に起因する位置繰返し精度による位置ズレや、チャック爪の脱着時に、外的負荷による位置ズレなどの影響を受ける。
このような位置ズレが要因で、チャック爪の自動交換は非常に困難をきたす。

本発明の目的は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、チャック爪の自動交換において、チャック爪の把持時または脱着時に位置ズレが発生しても、確実にチャック爪が交換でき、且つ、低コストなグリッパ装置を提供することにある。

本発明の一態様によれば、工作機械におけるチャック装置のチャック爪に対して、予め所定位置に設けられた傾斜溝を把持するグリッパ装置であって、チャック爪の所定位置を把持可能なグリッパ爪と、チャック爪を所定位置で把持しなかった判定の材料となる判定材料と、を備え、グリッパ爪は、チャック爪を把持する面（以下、把持面という）のうち、所定位置に対向する部位からピンが突出され、ピンは、スプリングによってチャック爪側に付勢されており、ピンの先端は、少なくとも一部に球状面を有する球状部、又は傾斜面を有する円錐台状部を備えている、ものが提供される。

本発明に係るグリッパ装置では、ピンの付勢力によって位置ズレが発生しても、確実にチャック爪が交換できる。また、低コストなグリッパ装置を提供することができる。

グリッパ装置を模式的に示した斜視図。 図１のグリッパ爪におけるＸ−Ｘ断面図。 図２のＹ−Ｙ断面図。 チャック爪を模式的に示し、図４Ａは正面図、図４Ｂは側面図である。 グリッパ爪でチャック爪を把持する一連の動作を示し、図５Ａは把持前の姿勢、図５Ｂは正常な把持状態の姿勢、図５Ｃは異常な把持状態の姿勢を夫々 示している。 位置ズレ時の例を示した図５相当図であり、図６Ａは、把持前の姿勢、図６Ｂは、把持する過程の姿勢を夫々示している。 第２の実施形態に係るグリッパ装置の態様を示す図５相当図。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。

本実施形態に係るグリッパ装置は、工作機械に搭載されるチャック装置のチャック爪を把持して交換するものである。
図４は、チャック爪を模式的に示し、図４Ａは正面図、図４Ｂは側面図である。図４に示すチャック爪６０には、予め所定位置に基準となる軸方向に一対の傾斜溝６１，６１が両側面に形成されている。傾斜溝６１は、円錐形状、円錐台形状などが好ましい。
また、一対の傾斜溝６１，６１の間には、格納孔６２が形成されている。本実施形態では、便宜上、このような構成のチャック爪６０の被把持面ＣＳをグリッパ装置で把持するものとする。

１．第１の実施形態
第１節では、第１の実施形態に係るグリッパ装置１００について説明する。図１は、グリッパ装置１００を模式的に示した斜視図である。

（グリッパ装置１００の構成）
図１に示すように、グリッパ装置１００は、主にグリッパ本体１０と、グリッパ爪２０とで構成される。グリッパ爪２０の開閉動作確認は、図示しないセンサで行われる。一般的に、「閉」動作の確認は、被把持物（本実施形態ではチャック爪６０）を把持したストロークの位置で判断される。
このようなグリッパ装置１００には、一対のグリッパ爪２０が配置されていることに留意されたい。これらは同一のため、その内の一箇所のみについて説明するものとする。

（グリッパ本体１０）
グリッパ本体１０の内部構成は、グリッパ爪２０が開閉可能な構成であれば特に限定しないが、例えば、内部のシリンダ空間にエアを供給することでピストンを駆動させ、ピストンの往復駆動に追従してグリッパ爪２０が開閉する構造や、電気的にグリッパ爪２０を開閉させる構造などが挙げられる。
また、上述のセンサは、磁気センサや近接センサなどが好ましいが、これに限らない。

（グリッパ爪）
図２は、図１のグリッパ爪２０におけるＸ−Ｘ断面図、図３は、図２のＹ−Ｙ断面図をそれぞれ示している。
図２及び図３に示すように、グリッパ爪２０は、チャック爪６０を把持する把持部２１と、その把持部２１をグリッパ本体１０に取り付ける延長アーム部２２とを備える。

（延長アーム部）
延長アーム部２２は、図２に示すように断面Ｌ字状となっており、その下端面がグリッパ本体１０にボルトで取り付けられている。その一方、上部には、図３に示すように把持部２１がボルトで取り付けられている。ここでいう「上」「下」は、図２を正視した際の位置関係で表した。

（把持部）
図３に示すように、把持部２１は、ブロック状で構成され、右側面がチャック爪を把持する把持面ＧＳが形成されている。また、左右方向に沿って一対の貫通孔２３，２３が形成される。ここで「左右」は、図３を正視した際の位置関係で表す。

一対の貫通孔２３，２３及びそれに関連する構成は、位置関係が異なるのみで、構成自体は同一のため、その内の一箇所のみについて説明するものとする。

貫通孔２３は、他端（左）から一端（右）に向けて、第１孔２３ａ、第２孔２３ｂ、第３孔２３ｃとで異なる径サイズで段差状に連続的に一体形成される。また、各孔の軸線が一致するように形成される。
この貫通孔２３には他端側にコイルバネＢ（スプリングの一例）と一端側にピン３０が格納されており、ピン３０はコイルバネＢによって付勢されている。
また、貫通孔２３には、ピン３０を外嵌合する後述のガイドブッシュ５０が嵌合されている。

（コイルバネ）
コイルバネＢは、他端側が延長アーム部の端面と接し、一端側がピン３０と接し、圧縮された状態で第１孔２３ａ内に格納される。その際、ピン３０は第１孔２３ａと第２孔２３ｂとの段差部（以下、前壁面という）によって、右方向の移動を規制されている。それによって、ピン３０を把持部２１の一端側（チャック爪側）に付勢している。

（ピン）
ピン３０は、その先端が把持面ＧＳから突出した状態で把持部２１内に格納される。ピン３０は、軸部３１とツバ部３２とを備えている。

軸部３１は、略円柱状からなり、その外径サイズは、第２孔２３ｂの径に対応して形成されている。また、少なくとも軸部３１の中央部は、後述のガイドブッシュ５０によって外嵌合されている。
ピン３０（軸部３１）の先端は、少なくとも一部に球状面３３を有する球状部３４を備えている。本実施形態では、半球状で構成される。

ツバ部３２は、軸部３１の他端周縁部から外方に延在して設けられており、その外径サイズは、第１孔２３ａの径に対応して形成されている。
すなわち、ツバ部３２は、第１孔２３ａ内で摺動可能に格納されている。チャック爪６０を把持していない時は、コイルバネＢの付勢力によって、ツバ部３２は、第１孔２３ａ内の前壁面に当接され、ピン３０の先端は突出している。一方、チャック爪６０を把持した際は、ツバ部３２は、コイルバネＢの付勢力に抗って後端し、ピン先端が第３孔２３ｃ内に格納される。

（ガイドブッシュ）
ガイドブッシュ５０は、円筒形状の部材であり、耐摩耗性が良い材料である。本実施形態では、摺動部にフッ素樹脂層のある無給油でも使用可能なブッシュを用いた。
ガイドブッシュ５０は、第１孔２３ｃに圧入されており、ピン３０の軸部３１を摺動可能に外嵌合している。これによって、ピン３０は、摺動動作の安定性を向上することができる。また、摺動動作時における摩耗低減にもなる。

（突出ピン）
突出ピン４０（判定材料の一例）は、円柱部材であり、一対のピン３０の間に常に突出した状態で固定されている。固定は、特に限定しないが、ボルト締結、嵌合締結、接着剤などによる締結などが挙げられる。

突出ピン４０は、チャック爪６０を把持時にチャック爪６０の格納孔６２に対応する位置に設けられている。具体的には、格納孔６２の中心軸線と突出ピン４０の中心軸線が一致するように設けられている。

その突出量は、ピン３０のチャック爪６０を把握する前の突出量と略同一量である。ここでいう「略同一量」は、突出ピン４０がチャック爪６０の被把持面ＣＳに当接したときに、センサはクランプ信号を検知していない（ＯＦＦ）状態、且つ、グリッパ爪２０がアンクランプ状態でも突出ピン４０がチャック爪６０の被把持面ＣＳに当接しない量をいう。
突出ピン４０の径サイズは、チャック爪６０を把持する際に位置ズレによって、格納孔６２に挿入されず被把持面ＣＳと干渉しないように格納孔６２の径サイズより、位置ズレ分考慮して小さく設けられている。

（動作説明）
以下、図５及び図６を用いて、グリッパ装置１００のグリッパ爪２０でチャック爪６０を把持する動作の一例を説明する。図５は、グリッパ爪２０でチャック爪６０を把持する一連の動作を示し、図５Ａは把持前の姿勢、図５Ｂは正常な把持状態の姿勢、図５Ｃは異常な把持状態の姿勢を夫々示している。図６は、位置ズレ時の例を示した図５相当図であり、図６Ａは、把持前の姿勢、図６Ｂは、把持する過程の姿勢を夫々示している。

図５Ａに示すように、まず、ピン３０及び傾斜溝６１と、突出ピン４０及び格納孔６２と、がそれぞれ対向するように予めティーチングされた位置にグリッパ装置１００を移動させる。チャック爪６０を把持する前は、グリッパ爪２０がアンクランプ状態（ＵＣＬ）を維持し、不図示のセンサがアンクランプ信号を検知している（ＯＮ）。
一方、チャック爪６０を把持した際のクランプ状態（ＣＬ）を確認するセンサは、クランプ信号を検知していない（ＯＦＦ）状態である。

この状態から、図５Ｂに示す、チャック爪６０を把持した状態の姿勢にするには、グリッパ爪２０をチャック爪６０の中心軸線Ｃ１側へ向かって水平移動するように駆動させる。それによって、ピン３０は傾斜溝６１に挿入されていき、ピン３０の先端（球状面３３）がチャック爪６０の傾斜溝６１に押し当てられていくことで、コイルバネＢは圧縮される。換言すると、グリッパ装置１００の把持力がコイルバネＢの復元力を上回ると、ピン３０はコイルバネＢ側へ移動する（別の言い方でいうと、引っ込む）。

それによって、グリッパ爪２０の把持面ＧＳとチャック爪６０の被把持面ＣＳとが当接することでチャック爪６０はグリッパ爪２０に対して移動不能に固定される。
このとき、各センサは、アンクランプ信号ＯＦＦ、クランプ信号ＯＮ状態となっている。

一方、図６Ａに示すように、位置繰返し精度による位置ズレがおこっている場合、その状態でグリッパ装置１００を駆動すると、図６Ｂに示すように、ピン３０の先端が傾斜溝６１の上側に当接する。さらに駆動されると、傾斜溝６１の傾斜面にならって、チャック爪６０は、中心軸線Ｃ１に沿って上方向に移動していく。そして、図５Ｂに示すような状態となり、グリッパ爪２０の把持面ＧＳとチャック爪６０の被把持面ＣＳとが当接することでチャック爪６０はグリッパ爪２０に対して移動不能に固定される。ここで、「上」は紙面を正視した際の位置関係をいう。

このように、位置ズレがあったとしても、ピン３０の先端と傾斜溝６１との係合する範囲、且つ、突出ピン４０と格納孔６２との隙間分までは、球状部と円錐部との当接により、グリッパ装置１００とチャック爪６０との位置関係は常に良好に保たれる。
また、チャック爪６０の所定位置を確実に把持することができる。

一方、グリッパ装置１００やチャック爪６０が大きく位置ズレした状態で、チャック爪６０を把持しようとした場合、図５Ｃに示すように、突出ピン４０によって格納孔６２に挿入されない構造となっている点に留意されたい。換言すると、突出ピン４０は、チャック爪６０の被把持面ＣＳに当接する。または、図示しないが、チャック爪６０に当接せずに、グリッパ爪２０が閉端状態（クランプ状態より閉じた状態）となる。

前者の場合、突出ピン４０の突出量分だけストロークが不足するため、クランプ信号は検知しない（ＯＦＦ）。
後者の場合、センサの検知可能な範囲から外れるため、クランプ信号は検知しない（ＯＦＦ）。

すなわち、突出ピン４０がチャック爪６０を所定位置で把持しなかった（異常な把持状態の）判定の材料となっている。

第１の実施形態に係るグリッパ装置１００では、チャック爪６０の正確な位置決めができ、且つ、チャック爪脱着時などの負荷に対してもピン３０の弾発力によって負荷を逃がせるため、スムーズなチャック爪６０の交換ができる。
また、グリッパ装置１００の構造を大型化させることが無いため、選定する搬送装置の大型化を防止し、設備導入費用も抑えることができる、という有利な効果を奏する。

２．第２の実施形態
第２節では、第２の実施形態に係るグリッパ装置１００について説明する。なお、第１の実施形態に係るグリッパ装置１００との共通箇所についてはその説明を省略する。図７は、第２の実施形態に係るグリッパ装置の態様を示す図５相当図である。

第２の実施形態に係るグリッパ装置１００は、第１の実施形態に係るグリッパ装置１００における判定材料の構成が異なっている。具体的には、突出ピン４０の代わりに、ピン３０に判定材料の構成を備えている。

図７に示すように、判定材料は、ピン３０のツバ部３２他端から後方に延在する棒状部７０が連続して設けられている。棒状部７０は、コイルバネＢの内部に格納され、ストローク制限をするものである。

棒状部７０の長さは、チャック爪６０を把持する前と把持したときは、延長アーム部２２の端面と当接しない長さ構成となっている。一方、チャック爪の被把持面ＣＳと当接したときは、棒状部７０の他端が延長アーム２２の端面と当接する。それによって、グリッパ爪２０の把持面ＧＳとチャック爪６０の被把持面ＣＳとが当接せず、隙間があいた状態となり、クランプ信号は検知しない（ＯＦＦ）状態となる。

すなわち、棒状部７０がチャック爪６０を所定位置で把持しなかった（異常な把持状態の）判定の材料となっている。

（変形例）
本実施形態では、便宜上、把持部２１と延長アーム部２２とで構成されるグリッパ爪２０を説明したが、別体に限らず、把持部２１と延長アーム部２２とが一体成形されていても構わない。
また、ピン３０は、１つであっても良いし、２つ以上であっても良い。ピン３０の先端は、本実施形態では半球状で構成されると説明したが、球状に限らず、少なくとも一部に球状面を有する球状部であれば良い。例えば、半球状であって、且つ、先端側が平面を有する形状であっても良い。また、円錐台形状でも構わない。

本実施形態のグリッパ装置１００によれば、不図示のチャック装置にチャック爪６０を取り付ける際には、ストッカーに収容されたチャック爪６０を、グリッパ装置１００で把持し、チャック装置の所定位置まで搬送し、チャック装置にチャック爪６０を取り付ける。
このとき、所定位置への位置繰返し精度による位置ズレやティーチングポイントの設定が要因となる位置ズレがあった場合、チャック爪６０の係合部に接触による負荷が加わる。
その負荷に対応してピン３０がスライドして負荷を逃がし、チャック爪６０の位置誤差を修正し、安定した交換動作が可能となる。

チャック装置からチャック爪６０を取り外す際にも、同様に、負荷に対応してピン３０が位置誤差を修正し、安定した交換動作が可能となる。

４．結言
以上のように、本実施形態によれば、チャック爪の自動交換において、チャック爪の把持時または脱着時に位置ズレが発生しても、確実にチャック爪が交換でき、且つ、低コストなグリッパ装置を実施することができる。

グリッパ装置１００は、次に記載の各態様で提供されてもよい。
グリッパ装置であって、ピンは、ツバ部と軸部を有し、ツバ部は、軸部の周縁部から外方に延在し、軸部は、少なくとも当該軸部の中央部がガイドブッシュによって、外嵌合されている、もの。
グリッパ装置であって、判定材料は、把持面から突出した状態で設けられた突出ピンであり、突出ピンは、チャック爪を所定位置で把持した際は、チャック爪に予め設けられた凹部に挿入され、把持面はチャック爪に当接した状態となり、チャック爪を所定位置で把持しなかった際は、チャック爪の凹部以外の側面に当接し、把持面はチャック爪に当接しない状態となる、もの。
グリッパ装置であって、判定材料が、ツバ部の後端にストローク制限をする棒状部を備え、棒状部は、チャック爪を所定位置で把持しなかった際は、ピンの格納部の底面に 当接することで、把持面はチャック爪に当接しない状態となり、チャック爪を所定位置で把持した際は、ピンの格納部の底面に当接せず、把持面はチャック爪に当接した状態となる、もの。
もちろん、この限りではない。

最後に、本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０ グリッパ本体
２０ グリッパ爪
２１ 把持部
２２ 延長アーム部
３０ ピン
３１ 軸部
３２ ツバ部
３３ 球状面
３４ 球状部
４０ 突出ピン
５０ ガイドブッシュ
６０ チャック爪
６１ 傾斜溝
７０ 棒状部
１００ グリッパ装置

Claims (4)

1. 工作機械におけるチャック装置のチャック爪に対して、予め所定位置に設けられた傾斜溝を把持するグリッパ装置であって、
   前記チャック爪の所定位置を把持可能なグリッパ爪と、
   前記チャック爪を所定位置で把持しなかった判定の材料となる判定材料と、
   を備え、
   前記グリッパ爪は、前記チャック爪を把持する面（以下、把持面という）のうち、前記所定位置に対向する部位からピンが突出され、
   前記ピンは、スプリングによって前記チャック爪側に付勢されており、
   前記ピンの先端は、少なくとも一部に球状面を有する球状部、又は傾斜面を有する円錐台状部を備えている、
   グリッパ装置。
2. 請求項１に記載のグリッパ装置であって、
   前記ピンは、ツバ部と軸部を有し、
   前記ツバ部は、前記軸部の周縁部から外方に延在し、
   前記軸部は、少なくとも当該軸部の中央部がガイドブッシュによって、外嵌合されて
   いる、
   グリッパ装置。
3. 請求項１又は２に記載のグリッパ装置であって、
   前記判定材料は、把持面から突出した状態で設けられた突出ピンであり、
   前記突出ピンは、
   前記チャック爪を前記所定位置で把持した際は、前記チャック爪に予め設けられた
   凹部に挿入され、前記把持面は前記チャック爪に当接した状態となり、
   前記チャック爪を前記所定位置で把持しなかった際は、前記チャック爪の凹部以外
   の側面に当接し、前記把持面は前記チャック爪に当接しない状態となる、
   グリッパ装置。
4. 請求項２に記載のグリッパ装置であって、
   前記判定材料が、前記ツバ部の後端にストローク制限をする棒状部を備え、
   前記棒状部は、
   前記チャック爪を前記所定位置で把持しなかった際は、前記ピンの格納部の底面に
   当接することで、前記把持面は前記チャック爪に当接しない状態となり、
   前記チャック爪を前記所定位置で把持した際は、前記ピンの格納部の底面に当接せ
   ず、前記把持面は前記チャック爪に当接した状態となる、
   グリッパ装置。
   

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