JP3927208B2 - 回転位置決め装置、及び搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、対象物を所定の角度で回転させて位置決めする回転位置決め装置に関する。

従来、対象物を間欠的に回転させる回転位置決め装置は、部品加工装置やコンベア等、様々な分野で用いられている。代表的なものとして、部品加工時等に利用されるインデックス装置は、モータ等の駆動装置に連結される入力軸と、対象物（被駆動体）に連結される出力軸とを備え、その間に、連続回転運動を間欠回転運動に変換する伝導カム装置を介在させる構造になっている。入力軸を連続回転させると、出力軸側は、所定の角度で回転した後に自動的に一旦停止する。この結果、例えば加工対象物に対して、ドリルを用いて複数の角度方向から穴加工しなければ場合において、加工対象物をこのインデックス装置に固定しておけば、間欠的に加工対象物を回転且つ停止（位置決め）できるので、作業効率を高めることが可能になる。

また、他のインデックス装置としては、モータ等によって駆動されるウォームギヤを用いることで、モータの回転・停止によって出力軸を高減速比で回転・停止させて、高い精度で位置決めする構造も存在する。
特開昭５４−１５９号

しかしながら、この種のインデックス装置においては、対象物に対して外部から回転トルクが加えられた場合、伝導カム装置のバックラッシによって対象物が回転してしまうという問題があった。この結果、対象物の回転方向の位置決め精度が悪化し、部品加工時の歩留まりが低下するという問題があった。当該バックラッシを防止するには、伝導カム装置の精度を高めることも考えられるが、その場合は、回転位置決め装置の製造コストが大幅に増加するという問題も有していた。

またウォームギヤ等を用いて位置決めするインデックス装置の場合は、精度を高めるためにウォームギヤのピッチを小さくすると、位置決め作業に時間がかかってしまい、作業効率が低下するという問題があった。

なお、外力により発生するバックラッシを解消するためには、対象物を位置決めした後に、別途設置されるロック機構によって全体の回転を制限する手法も考えられる。しかしながら、回転及び高精度の位置決め動作と、位置決め完了後のロック動作が別々に必要となり、結局、インデックス装置の製造コストが増大すると共に、位置決め時間が長くなってしまうという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、短時間で対象物を回転させ、且つ高精度の位置決めを実現できる回転位置決め装置を提供することを目的としている。

上記目的は、下記の手段によって達成される。

（１）基台に対して回転自在に配置される回転体により対象物を所定角度で回転させて、該対象物を位置決め可能な回転位置決め装置において、前記回転体において前記所定角度毎に配置される複数の係止部と、前記基台側に移動自在に設置され、前記回転体の係止部に対して、周方向に係合可能とされる係合部材と、前記係合部材が前記係止部から離れている間に、前記回転体を前記所定角度で回転させる駆動装置と、を備え、前記係合部材が、平行に配置される複数のピン及び該複数のピンを一体的に連結する連結部を備えて構成されると共に、前記基台における前記回転体を保持する軸受けの外輪には、前記係合部材における前記複数のピンを軸方向摺動自在に保持可能な複数のピン保持穴が、周方向に沿って配置・形成され、前記外輪に保持される複数の前記ピンを同時に摺動させて、前記係合部材と前記係止部の係合・開放を自在に切り替え可能にしたことを特徴とする回転位置決め装置。

（２）上記（１）において、前記駆動装置及び前記回転体は、相互の連結・開放が自在に切り替え可能とされ、更に、該駆動装置及び前記回転体の連結・開放動作と、前記係止部及び前記係合部材の開放・係合動作とを連動させる連動機構を備えることを特徴とする回転位置決め装置。

（３）対象物を搬送し、且つ回転方向に位置決めする搬送装置であって、上記（１）又は（２）記載の回転位置決め装置を備え、該回転位置決め装置における少なくとも前記基台及び前記回転体が移動自在に保持されることで、該基台及び前記回転体が前記対象物の搬送テーブルとして利用可能とされ、前記搬送テーブルと別体となっている前記駆動装置が、前記搬送テーブルの停止位置に予め配置され、該搬送テーブルとしての前記基台及び前記回転体が、前記停止位置まで移動された段階で、前記駆動装置が前記回転体と連結されて、該駆動装置によって回転方向の位置決めが可能になっていることを特徴とする搬送装置。

本発明によれば、回転体の位置決め精度を向上させることが出来るとともに、作業効率を高めることが可能になる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態の例について詳細に説明する。

図１には、本発明の実施形態に係る回転位置決め装置１の全体構成が示されている。この回転位置決め装置１は、基台１０と、基台１０に対して回転自在に配置される回転体１２と、この回転体１２を回転させる駆動装置１４と、を備えている。回転体１２は、回転軸１６と回転テーブル１８を含んでおり、この回転テーブル１８上に対象物が固定される。なお、回転テーブル１８への対象物の固定は、所定の治具（図示省略）によって行われる。

図２に同回転位置決め装置１の内部構成を示す。基台１０は円筒状であり、その内周側に２つの軸受２０、２２が設置されている。これらの軸受け２０、２２によって、回転軸１６が回動自在に保持されている。回転軸１６の一端には、固定ネジ２４によって回転テーブル１８が固定されており、両者が一体となって回転する。また、回転軸１６の他端には、カップリング１７が設けられ、駆動装置１４と着脱自在に連結できるようになっている。回転テーブル１８は略円盤形状となっているが、外周縁は基台１０側に突出しており、この基台１０の上部を覆う形状になっている。このようにしたのは、回転テーブル１８と基台１０との隙間に塵埃が入らないようにする為である。

図３及び図４には、基台１０を基準として回転体１２を位置決め且つ固定する構造が示されている。回転体１２における回転テーブル１８の背面には、複数の係止部２６が配置されている。この係止部２６は、回転テーブル１８を回転させる角度毎に間隔をあけて複数配置されており、本実施形態では９０度間隔で４箇所に配置されている（図３は４箇所の内の１箇所のみが示されている）。なお、この係止部２６は、回転体１２の中心軸から出来る限り離れた場所に配置されることが望ましい。回転体１２の周方向の位置決め精度が向上するからである。

基台１０には、前記係止部２６と周方向に係合可能な係合部材２８が設置されている。具体的に係合部材２８は、回転体１２の軸方向に沿って互いに平行に配置される３本のピン３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃと、このピン３０Ａ〜３０Ｃを一体的に連結する連結部３２を備えている。基台１０には３つのピン保持穴３４が形成され、各保持穴３４の内周の軸方向両端には耐磨耗特性に優れたスリーブ３６、３８が挿入されている。このスリーブ３６、３８を介して、ピン３０Ａ〜３０Ｃが保持される。このような構造にした結果、ピン３０Ａ〜３０Ｃは各ピン保持穴３４に挿入されて軸方向に摺動自在になり、係合部材２８と係止部２６の係合・開放状態が自在に切り替え可能となっている。

また、このスリーブ３６、３８の間、即ちピン保持穴３４における軸方向の中間近傍には、ピン３０Ａ〜３０Ｃを連結している連結部３２が移動可能な移動空間４０が形成されている。結局、連結部３２の可動範囲（即ち係合部材２８の摺動範囲）は、この移動空間４０によって規制されている。なお、この連結部３２は、各ピン保持穴３４内に挿入されているバネ４１によって、係止部２６側に付勢されている。

図５に拡大して示されるように、３本のピン３０Ａ〜３０Ｃにおいて中心に位置するピン３０Ａの先端には、係合突起４２が形成されている。具体的に係合突起４２は、ピン３０Ａ全体の太さよりも細身となっており、回転テーブル１８の周方向に対して略直角となるような２つの突起側位置決め面４２Ａが形成されている。回転テーブル１８側に配置される係止部２６には、この係合突起４２が挿入される係止穴４４が形成されている。係止穴４４は、上記突起側位置決め面４２Ａと当接可能な２つの係止側位置決め面４４Ａと、この係止側位置決め面４４Ａと連続する誘導面４４Ｂが形成されている。誘導面４４Ｂは、係止側位置決め面４４Ａに対して傾斜しており、係合突起４２側（挿入側）が広くなるように設定されている。従って、バネ４１（図４参照）によって上方付勢される係合突起４２の先端が、当該付勢方向に対して傾斜している誘導面４４Ｂに接触すると、回転テーブル１８には周方向の外力が作用する。つまり、係合突起４２の上方への付勢力によって回転テーブル１８側が微小回転することになる。最終的に、２つの係止側位置決め面４４Ａの間に係合突起４２が挿入され、係止側位置決め面４４Ａと係合側位置決め面４２Ａが当接し、互いに周方向に固定される。結局、基台１０に設置されている係合突起４２を基準にして、回転テーブル１８が高精度に位置決めされる。

更に、係合突起４２には、突起側位置決め面４２Ａと連続するフィット面４２Ｂが形成されている。このフィット面４２Ｂは、突起側位置決め面４２Ａに対して傾斜しており、誘導面４４Ｂと面接触するようになっている。なお、図５においては説明の便宜上、フィット面４２Ｂと誘導面４４Ｂが当接する直前の状態を示している。従って、係合突起４２が係止部２６に挿入されることにより、概してＶ字状に凹となっている誘導面４４Ｂに対して、Ｖ字状に凸となっているフィット面４２Ｂが押し付けられることで、回転テーブル１８の周方向の移動が完全に固定される。つまり、周方向に対して略垂直に配置される突起側位置決め面４２Ａと係止側位置決め面４４Ａにより、周方向の高精度な位置決めを実現しながら、周方向に対して傾斜する誘導面４４Ｂとフィット面４２Ｂを当接させることで、最終的なロック機能を実現するという合理的な構造になっている。なお、ここではフィット面４２Ｂを誘導面４４Ｂに当接される場合を示したが、本発明はそれに限定されず、所定のフィット用突起を誘導面４４Ｂに接触させることによっても、略同様な機能を実現できる。

また、係止穴４４における、回転体１２の径方向寸法に関しては、係合突起４２の外寸よりも大きく設定されている。従って、係止穴４４と係合突起４２が係合した状態において、これらの間には径方向に所定のクリアランスＣが確保されている。このようにすると、位置決め完了後は、係合突起４２が回転体１２の径方向に付勢することを防止できる。従って、回転体１２の径方向の精度に関しては、回転軸１６（及び軸受け２０、２２）本来の精度を維持できるようになる。

図３に戻って、本実施形態の駆動装置１４には、９０度の角度による往復回転出力が可能なエアシリンダーが用いられている。また、この駆動装置１４全体は、軸方向（鉛直方向）に往復運動するようになっている。また、駆動装置１４と回転軸１６を連結するカップリング１７は、所定の角度（ここでは９０度）の位相差で点対称になっており、開放時に９０度の相対回転が生じても、再び係合可能な構造となっている。従って、駆動装置１４を下降させてカップリング１７の連結状態を開放した後、この駆動装置１４側のカップリング１７を９０度回転させてから駆動装置１４を上昇させたとしても、そのまま、カップリング１７を連結可能となっている。開放状態において、駆動装置１４を回転軸１６の回転方向（正回転方向）と反対方向に９０度回転させてから、カップリング１７を連結し、その後、正回転方向に９０度回転させるという動作を繰り返せば、９０度毎の送り作業を実現できる。なお、駆動装置１４全体の軸方向の移動に関する構造はここでは特に図示しないが、例えば、油圧シリンダーやエアシリンダーによって軸方向に移動させてもよく、また、リニアモータ等の電気的手段によって移動させても構わない。

図６に示されるように、本回転位置決め装置１には連動機構５０が設置されている。連動機構５０は、レバー５２と、支持台５４と、レバー受部５６と、レバー押上部５８を備える。支持台５４は基台１０に設置されており、支点ピン５４Ａによってレバー５２を揺動自在に保持する。レバー受部５６は、ピン３０Ａにおける係合突起４２の反対端に設けられており、レバー５２の一端と係合する。レバー押上部５８は、駆動装置１４側に設置されてレバー５２の他端と当接する。従って、レバー押上部５８が駆動装置１４と共に上昇し、レバー５２の一端を押し上げると、このレバー５２の他端が、レバー受部５６を押し下げる。この結果、係合部材２８全体がバネ４１に抗して下方に移動し、係止部２６と係合部材２８の係合状態が開放される。一方、駆動装置１４は上方に移動するので、カップリング１７が連結される。

上記と反対に、レバー押上部５８を駆動装置１４と共に下降させると、バネ４１の付勢力によってレバー受部５６が上昇して、係止部２６と係合部材２８が係合される。勿論、カップリング１７は開放状態になる。

このようにして、１つの動作で、駆動装置１４と回転体１２の連結動作と、係止部２６と係合部材２８の開放動作が連動し、又、駆動装置１４と回転体１２の開放動作と、係止部２６と係合部材２８の係合動作が連動するようになっている。つまり、係止部２６と係合部材２８による高精度な位置決め作業時には、駆動装置１４が自動的に開放されて、当該駆動装置１４の影響を遮断できる。一方、駆動装置１４によって回転体１２を大きく回転させるときは、回転体１２の位置決め・固定状態を開放できる。結局、コンパクトで且つ精度の高い回転位置決め装置１を得ることが可能になる。特に、本回転位置決め装置１を用いて金属加工等を行う場合において、回転体１２に対して加工による外力が作用しても、周方向に関しては係止部２６と係合部材２８が機械的に固定されていることから、位置決め精度の悪化を防止できる。

また、係止部２６と係合部材２８が係合している状態においても、回転体１２の径方向にはクリアランスを確保して、バネ４１の付勢力の影響を排除している。この結果、径方向に関しては、軸受２０、２２の精度をそのまま維持できるので、高精度な位置決めが可能となっている。

更に、この係止部２６に関しては、係合部材２８を誘導する誘導面４４Ｂを備えているので、駆動装置１４側による回転体１２の停止位置は、係合部材２８を誘導可能な範囲であれば十分である。つまり、駆動装置１４自体の位置決め精度は殆ど要求されないので、高速回転によって回転時間を短縮することがきる。また、係止部２６が回転テーブル１８の背面に合理的に収容されているので、回転位置決め装置１全体をコンパクトにすることができる。

また、本回転位置決め装置１では、係合部材２８として３本のピン３０Ａ〜３０Ｃを用いていることから、ピンという汎用素材を用いることで製造コストを抑えると共に、複数のピンを一体化して全体としては剛性を高めることができる。更に、互いに平行に配置して各ピン穴３４に挿入させることで、一本のピンと比較して、摺動時の直進精度を高めることができる。また、複数のピン３０Ａ〜３０Ｃに部材を分割させながら、全体としては高い剛性を確保しているので、狭いスペースに配置することが可能になる。例えば図４で示したように、円筒状の基台１０内であっても、３本のピンをその周囲に沿って円弧状に配置してコンパクトにまとめることが可能になっている。なお、ここでは３本のピンで構成した場合に限って示したが、複数本であれば良く、例えば４本以上のピンを組み合わせることも可能である。

更に、連結機構５０の存在によって、回転テーブル１８を回転させるタイミングと、回転テーブル１８を停止させて高精度に位置決め・固定するタイミングを１つの動作によって合理的に連動させている。特に、駆動装置１４によって、大きな範囲の移動量を確保する一方で、その後は、駆動装置１４を回転体１２から開放させて駆動力の影響を排除した後、係合部材２８の突出動作によって最終的な高精度の位置決めと、ロックを実現することが可能になっている。

なお、ここでは、基台１０と回転体１２を回動自在に保持する軸受２０とは別体となっている場合に限って示したが、本発明はそれに限定されず、軸受の外輪自体に係合部材が直接設置されるようにしても良い。このようにすると、外輪自体が基台となって、一層コンパクトな回転位置決め装置を得ることができる。

次に、図７を参照して、本回転位置決め装置１を備えて構成された搬送装置１００について説明する。

搬送装置１００は、回転位置決め装置１における基台１０及び回転体１２を搬送テーブル１０２として備えている。この搬送テーブル１０２は、移動コンベア１０４によって水平方向の往復移動が可能となっており、一方の停止位置Ａにおいては、回転体１２に部品（対象物）が設置され、他方の停止位置Ｂでは、この部品が加工装置（図示省略）によって切削加工されるようになっている。回転位置決め装置１における駆動装置１４は、停止位置Ｂの下方に予め配置されている。従って、搬送テーブル１０２が停止位置Ｂに停止した段階で、この駆動装置１４が上昇して回転体１２に連結され、回転体１２を回転させて複数の角度による位置決めを行う。各角度からの部品加工が完了した後、駆動装置１４が搬送テーブル１０２から開放され、搬送テーブル１０２が停止位置Ｂから停止位置Ａまで移動して、加工部品が搬出される。その後は、未加工の部品が再度搭載されて、同じ作業を繰り返すようになっている。

このようにすると、回転位置決め装置１を搬送テーブル１０２として用いることができ、効率的な作業が実現される。また、駆動装置１４は予め必要な場所に配置しておけばいいので、搬送テーブルと一緒に移動させる必要がなく、搬送装置１００をシンプルな構成にすることができる。特に図示しないが、複数の搬送テーブル１０２を用いる場合であっても、駆動装置１４は必要な場所に予め設置しておき、共有すれば十分である。

なお、本実施形態においては係合部材２８が回転体１２の軸方向に摺動して、回転テーブル１８の背面から係合する場合に限って示したが、本発明はそれに限定されない。例えば回転テーブル１８の上面から係合することも可能であり、また、回転テーブルの側面から係合することも可能である。側面から係合される場合には、係合部材２８の先端を、回転体１２の径方向に移動させて係合させる。この場合であっても、径方向と軸方向にはクリアランスを確保しておき、周方向にのみ係合させるようにする。

また、本実施形態においては、駆動装置が軸方向に移動して、カップリングを介して回転体に係合・開放される場合に限って示したが、本発明はそれに限定されない。例えば、径方向に移動して、駆動装置と回転体を係合・開放させることも可能である。また、駆動装置自体は移動すること無く、カップリングの機能、或いは外部のカム機構等の作用によって、所定の回転角毎に係合・開放させるようにしてもよい。

本実施形態において、係止部と係合部材の間に確保されているクリアランスは、完全な隙間である必要はなく、その隙間に何らかの衝撃吸収材や制震材を挿入している場合を含む。要は、係合突起等の影響によって、回転体の径方向に誤差を生じさせないように、相対移動を許容しておくようにすればよい。

また本実施形態においては、係合部材が回転体の軸方向に往復運動することで、回転体を位置決め・固定する場合を示したが、本発明はそれに限定されず、係合部材を回転体の径方向に往復運動させて位置決め・固定することも可能である。その場合は、係合部材と係止部との間において、回転体の軸方向に対する相対移動を許容しておくことが望ましい。

更に本実施形態では、回転体における係止部に係合穴が、係合部材側に係合突起が形成されている場合に限って示したが、本発明はそれに限定されない。係合部材側に係合穴が、係止部側に係止突起が形成されるようにして、反対構造によって位置決めすることは勿論可能である。

本発明の回転位置決め装置等は、金属加工装置における加工対象部品の位置決め、コンベアの間欠駆動、その他の回転方向の位置決め作業を要する領域に利用可能である。

本発明の実施形態に係る回転位置決め装置の全体構成を示す斜視図 同回転位置決め装置の部分断面図 図２の回転位置決め装置におけるＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図 図３の回転位置決め装置におけるＩＶ−ＩＶ矢視断面図 同回転位置決め装置における係止部と係合部材の係合状態を示す拡大断面図 図３の回転位置決め装置におけるＶＩ−ＶＩ矢視断面図 同回転位置決め装置を利用した搬送装置を示す全体図

符号の説明

１ 回転位置決め装置
１０ 基台
１４ 駆動装置
１６ 回転軸
１７ カップリング
１８ 回転テーブル
２０、２２ 軸受
２６ 係止部
２８ 係合部材
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ ピン
３２ 連結部
４２ 係合突起
４２Ａ 係合側位置決め面
４２Ｂ フィット面
４４ 係止穴
４４Ａ 係止側位置決め面
４４Ｂ 誘導面
５０ 連動機構
５２ レバー
５４ 支持台
５６ レバー受部
５８ 押上部材

Claims (3)

1. 基台に対して回転自在に配置される回転体により対象物を所定角度で回転させて、該対象物を位置決め可能な回転位置決め装置において、
   前記回転体において前記所定角度毎に配置される複数の係止部と、
   前記基台側に移動自在に設置され、前記回転体の係止部に対して、周方向に係合可能とされる係合部材と、
   前記係合部材が前記係止部から離れている間に、前記回転体を前記所定角度で回転させる駆動装置と、を備え、
   前記係合部材が、平行に配置される複数のピン及び該複数のピンを一体的に連結する連結部を備えて構成されると共に、
   前記基台における前記回転体を保持する軸受けの外輪には、前記係合部材における前記複数のピンを軸方向摺動自在に保持可能な複数のピン保持穴が、周方向に沿って配置・形成され、
   前記外輪に保持される複数の前記ピンを同時に摺動させて、前記係合部材と前記係止部の係合・開放を自在に切り替え可能にしたことを特徴とする回転位置決め装置。
2. 請求項１において、
   前記駆動装置及び前記回転体は、相互の連結・開放が自在に切り替え可能とされ、
   更に、該駆動装置及び前記回転体の連結・開放動作と、前記係止部及び前記係合部材の開放・係合動作とを連動させる連動機構を備えることを特徴とする回転位置決め装置。
3. 対象物を搬送し、且つ回転方向に位置決めする搬送装置であって、
   請求項１又は２記載の回転位置決め装置を備え、
   該回転位置決め装置における少なくとも前記基台及び前記回転体が移動自在に保持されることで、該基台及び前記回転体が前記対象物の搬送テーブルとして利用可能とされ、
   前記搬送テーブルと別体となっている前記駆動装置が、前記搬送テーブルの停止位置に予め配置され、
   該搬送テーブルとしての前記基台及び前記回転体が、前記停止位置まで移動された段階で、前記駆動装置が前記回転体と連結されて、該駆動装置によって回転方向の位置決めが可能になっていることを特徴とする搬送装置。

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