JP4867455B2 - ワーク固定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークをベルトと壁体とで狭持して固定するワーク固定装置に関する。

従来、ワークを固定する方法として、例えば、テーブルに立てたねじピン、孔を有してその孔にねじピンを貫通させた押え板、及びねじピンのねじに螺合させるナットを用いる方法や、ナットの代わりにカムを用いる方法がある。前者の場合、テーブルに載置したワークの端部にねじピンを配置し、押え板でワークの端部を抑えると共にねじピンとナットとによって、押え板をテーブルに向けて締め付けてワークが固定され、後者の場合、ナットの代わりにカムによって押え板を締め付けてワークが固定される（例えば、非特許文献１の２偏−機械設計、図１５・２８（ａ）、図１５・３９（ａ）〜（ｆ）参照）。

しかし、上述のようなねじピンや押え板を用いる固定方法は、ワークの固定と取り外しが煩雑であり、また、ねじピンの位置の変更がワークの形状や大きさが変わる度に必要となり、その作業がやはり煩雑である。

そこで、異なる種類のワークを共通のパレット上にワンタッチ式にセットして固定できるように、パレットを略四角形の配置スペースとし、その一つのコーナ部に規準部を直交配置し、他の３つのコーナ部にそれぞれベルト支持部を設け、ベルトの中間部を配置スペースの外方へ引っ張るように付勢し、ベルトの一端をパレットの端末固定ブロックに固定し、他端を巻き取り手段により巻き取り、巻き戻し自在に構成したワーク固定装置がある。この固定装置は、ベルトを巻き取ると、ワークの側面をベルトと規準部で固定でき、ベルトを弛めると、ベルトがベルト支持部により配置スペースの外へ引き出され、配置スペースが広く開放される（例えば、特許文献１参照）。
新機械工学便覧編集委員会偏 「新機械工学便覧 改訂版」理工学社 １９９０年 特開２００５−１１１５７７号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示されるようなベルトを用いたワーク固定装置においては、ワークを固定する際にベルトがワークを擦りながら移動するので、ワークを傷つけるという問題がある。さらに、複数のワークを同時に固定したい場合に、同時に多くの部品を均等な力で固定することができない。また、上述の装置において、ベルトと基準部とによって囲まれた配置スペースが広く解放されるものの、ワークの投入と取り出しは、上方からパレット上に下ろし、パレットから上方に取り上げるという往復運動であり、ワークを一方方向に移動する流れ作業的な扱いをすることができない。

本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、ワークを擦ることなく固定でき、また、複数のワークを均等な力で固定でき、さらに、流れ作業的に一方方向に移動するワークを固定できるワーク固定装置を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、ワークを固定するためのワーク固定装置において、ワークが載置されるテーブルと、前記テーブルに載置されるワークの側面に対向する壁体と、前記壁体に対向するベルトを有しそのベルトを張力を保った状態で前記壁体に向けて移動させるクランプ部と、を備え、前記クランプ部は、互いに離間して配置された２つの軸の各々の回りに２つのプーリが一定間隔をおいて配置された２つのプーリ対を備え、前記ベルトは前記２つのプーリ対を内包するように架けられた環状ベルトとされ、前記２つの軸を結ぶ直線上に前記４つのプーリが配置された状態から、前記２つのプーリ対を各々の軸の回りに回転させることにより前記環状ベルトの前記壁体に対向する部分を当該壁体に向けて移動させ、前記テーブル上に載置されたワークを前記移動させたベルトと前記壁体との間に挟持して固定するものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載のワーク固定装置において、前記壁体は、前記クランプ部の両側に備えられ、前記クランプ部は、前記環状ベルトの前記壁体のそれぞれに対向する側でワークを挟持して固定するものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のワーク固定装置において、前記クランプ部は、前記２つのプーリ対をそれらの軸回りに回転させるモータと、前記各プーリ対の回転をそれぞれ一方向に規制する回転方向規制手段と、前記２つのプーリ対の回転を同期させる回転同期手段と、を備えたものである。

請求項１の発明によれば、クランプ部によってベルトをその張力を保った状態で壁体に向けて移動させて、壁体とベルトとによってワークを挟持して固定するので、ベルトによってワークを擦らず、従って、ワークを傷つけることなく固定でき、また、複数のワークを均等な力で固定できる。さらに、壁体とベルトとを、互いに略平行に空間を開けて配置することができるので、その平行空間において、ワークを一方方向から移動させて投入し、固定し、解放し、他方向から回収する、流れ作業的な処理が可能である。また、ワークは、移動テーブルに載置して移動したり、ベルトコンベアで移動させたり、上方のチェーンコンベアからぶら下げて移動したりして、前記平行空間に投入し、そこから回収することができる。

また、請求項１の発明によれば、２つのプーリ対を２つの軸の回りに９０゜公転させる毎に、ワークの固定状態と非固定状態を繰り返すことができ、操作が容易で、従来よりも作業効率が向上する。

請求項２の発明によれば、クランプ部の両側でワークを固定するので、装置がコンパクトとなる上、大量のワークを同時に固定できる。

請求項３の発明によれば、２つのプーリ対を２つの軸の回りに９０゜公転させる毎に、ワークの固定状態と非固定状態を繰り返すことができるので、モータを正転、反転させることなく、一方向に間欠的に回転させるだけで、複雑なモータ制御も必要なく簡単にワーク固定装置の機構、及び制御システムを実現できる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係るワーク固定装置について、図面を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るワーク固定装置１を示し、図１（ｂ）は同装置１にワークＷを配置した状態を示し、図１（ｃ）は同装置１を作動させてワークＷを固定した使用状態を示し、図２（ａ）（ｂ）はそれぞれ図１（ｂ）（ｃ）に対応する平面図を示す。

ワーク固定装置１は、ワークＷが載置されるテーブル１０と、テーブル１０に載置されるワークＷの側面に対向する壁体２と、壁体２に対向するベルト３を有しそのベルト３を張力を保った状態で壁体２に向けて移動させるクランプ部６と、を備えている。テーブル１０上に載置されたワークＷは、クランプ部６の作動によって移動させたベルト３と壁体２との間に挟持して固定される。この被固定物であるワークＷは、例えば、テーブル１０に載置され固定されて加工や処理が行われる材料や部品である。また、ワークＷは、他の例では、テーブル１０に載置され固定されて移動される被搬送物である。ワークＷが、被搬送物の場合、テーブル１０は、搬送装置、例えば、自律移動装置に設けられた載置用の台である。そして、被搬送物としてのワークＷは、例えば、工場や病院などにおける、サンプル、試験体、部品などである。これらは、ワーク固定装置１を備えた搬送装置によって、例えば、単品で、又は、複数個をトレイに入れた状態でワークＷとして固定され、搬送される。

上述のクランプ部６は、互いに離間して配置された２つの公転軸５の各々の回りに２つのプーリ４が一定間隔をおいて配置された２つのプーリ対１２を備え、ベルト３は環状ベルトであって、２つのプーリ対１２を内包するように各プーリ４に架けられている。各プーリ４はそれぞれの自転軸４ａの回りに回転する。

また、クランプ部６は、２つの公転軸５を結ぶ直線上に４つのプーリ４の自転軸が配置された状態から、２つのプーリ対１２を各々の公転軸５の回りに、互いに逆向きに回転させることにより、環状ベルト３の壁体２に対向する固定用ベルト部３０を壁体２の対向壁面２ａに向けて平行に移動させることができる。

本発明のワーク固定装置１は、クランプ部６によってベルト３をその張力を保った状態で壁体２に向けて略平行に移動させて、壁体２とベルト３とによってワークＷを挟持して固定するので、ベルト３によってワークＷを擦らず、従って、ワークＷを傷つけることなく固定できる。さらに、壁体２とベルト３とを、互いに略平行に空間を開けて配置することができるので、図１（ａ）に示すように、その平行空間１１において、ワークＷを矢印ｘ１の方向から移動させて投入し、固定し、解放し、矢印ｘ２の方向から回収する、流れ作業的な処理が可能である。

クランプ部６の構造と動作について、図３を参照して、さらに詳述する。図３（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれワーク固定装置１のクランプ部６の作動前の状態、作動途中の状態、作動してワークＷを固定する状態を示す。

クランプ部６によって、ベルト３を平行移動させるために、２つのプーリ対１２は、２つのプーリ４を公転軸５の回りに互いの自転軸４ａが対称になるように固定して形成される。クランプ部６は、このような２つのプーリ対１２を、各公転軸５と壁体２との間隔が同じになるように（図１（ａ）参照）、互いに離して配置すると共に壁体２に対してその公転軸５の位置が固定されて形成される。

環状ベルトからなるベルト３は、２つのプーリ対１２の４つのプーリ４を内包するようにそれらのプーリ４に懸架されている。このような構造のベルト３は、プーリ対１２が互いに同期してその公転軸５の回りに互いに逆回転する場合に、伸び縮みすることなく、そのベルト３の外形形状が変形する。これは、次のように示される。

図３（ａ）に示すように、２つのプーリ対１２の公転軸５によって定まる直線上に４つのプーリ４の自転軸４ａが配置された状態において、ベルト３の周長は、異なるプーリ対１２に属する互いに隣接するプーリ４の自転軸間の距離ｄの部分と、１つのプーリ対１２に属するプーリ４の自転軸間の距離ａ，ｃの部分と、最外のプーリ４を半周する円周距離ｂの部分と、に区分される。

プーリ対１２が、図３（ｂ）に示すように、互いに逆向きに公転した途中の状態において、図中に示したベルト３の各部分は、その構造の対称性から、ａ＝ａ１＋ａ２，ｂ＝ｂ１＋ｂ２、の関係を満たすことが分かる。この関係は、図３（ｃ）に示すように、プーリ対１２が、公転軸の回りに９０゜回転した状態においても成り立っていることが分かる。これらの等式は、幾何学的な考察において、ベルト３が伸び縮みしていないことを示す。なお、ベルト３の材質は、固定対象となるワークＷの材質に応じて、ワークＷを柔軟に固定できるように、弾力性を持たせることが好ましい。

また、クランプ部６において、左右対称に配置したプーリ対１２を、互いに逆向きに公転させることは、クランプ部６の作動中に、その左右方向（２つの公転軸５をむすぶ直線方向）の中央線におけるベルト３の部分が、左右方向に移動しないことを意味する。結局、クランプ部６の作動中のベルト３の全体について、左右方向の移動が発生しないことが分かる。すなわち、ワークＷを固定する際に、ワークＷがベルト３によって擦られることがなく、本発明のワーク固定装置１によると、ワークＷに擦り傷をつけることなく、ワークを固定することができる。

また、クランプ部６の作動によって、ベルト３を、その壁体２に面する部分を平行に保ったまま、壁体２に向けて、従ってワークＷに向けて、移動させることができる。図４は、このような特性を有する本発明のワーク固定装置１を、複数のワークＷを一括して固定するために用いた使用例を示す。他の使用例として、例えば、小分けした部品（ワークＷ）をトレイに並べて詰めておき、これらの複数の小分けしたトレイ上の部品を一度に１つの機構（クランプ部６のベルト３）で固定することができる。なお、トレイを用いる場合、トレイそのものをワークＷとして固定することもできる。ベルト３を利用しているので、柔軟に各部品に倣って、各部品を固定することができ、また、柔らかいベルトを用いることにより、傷をつけずに柔らかく固定できる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係るワーク固定装置のクランプ部６とその駆動系を示す。このクランプ部６は、２つのプーリ対１２をそれらの公転軸５回りに回転させるモータＭと、各プーリ対１２の回転をそれぞれ一方向に規制する回転方向規制手段４０と、２つのプーリ対１２の回転を同期させる回転同期手段と、を備えている。回転方向規制手段４０は、例えば、それぞれのプーリ対１２の１つのプーリ４に設けられたワンウエイクラッチからなる。また、回転同期手段は、例えば、一方側の公転軸５に接続されたモータＭの動力を、他方側の公転軸５に伝達するためのタイミングベルトＴＢと、このタイミングベルトＴＢが架けられたプーリとから構成される。他方側の公転軸５とタイミングベルトＴＢ用のプーリ軸との間には、両公転軸５の回転方向を互いに逆転させるための、例えば、歯車機構が設けられている。

上述のような構成のクランプ部６を用いたワーク固定装置によれば、２つのプーリ対１２を２つの公転軸５の回りに９０゜公転させる毎に、ワークの固定状態と非固定状態を繰り返すことができるので、モータＭを正転、反転させることなく一方向に間欠的に回転させるだけで、複雑なモータ制御も必要なく簡単にワーク固定装置１の機構、及び制御システムを実現できる。

（第３の実施形態）
図６は本発明の第３の実施形態に係るワーク固定装置１を示し、図７（ａ）はワーク固定装置１にワークＷを配置した状態を示し、図７（ｂ）はワークＷを固定した状態を示す。本実施形態のワーク固定装置１は、壁体２がクランプ部６の両側に備えられている。そして、クランプ部６は、公転軸５を結ぶ直線に関して対称に形成されているので、環状ベルト３の壁体２のそれぞれに対向する側で、同じようにワークＷを挟持して固定することができる。

従って、このような本発明の構成によれば、クランプ部６の両側でワークＷを固定するので、装置がコンパクトとなる上、大量のワークＷを同時に固定できる。また、本発明の全ての実施形態に共通する利点として、クランプ部６の幅が、プーリ４の直径程度の幅で構成されるので、非常に幅の狭い、小型のワーク固定装置を形成できる。また、公転軸５間の距離と環状ベルト３の周長とを長くすることにより、ワークＷを固定する有効範囲を広くとれるという利点がある。

（第４の実施形態）
図８（ａ）は本発明の第４の実施形態に係るワーク固定装置１と固定前のワークＷとを示し、図８（ｂ）は同装置でワークＷを固定した様子を示す。本実施形態のワーク固定装置１は、第１の実施形態におけるテーブル１０に代えて、ワークＷを上方から吊り下げて水平移動するレール１３を備えている。このようなレール１３を備えたワーク固定装置１は、ワークＷを吊り下げた状態で一方方向から移動させ、ワーク固定装置１に投入し、固定し、解放し、他の方向に回収する、という流れ作業的な処理の中で、ワークＷを固定することを可能とする。こうして、レール１３は、平行空間１１（図１（ａ）参照）にワークＷを投入するための手段として機能する。

（第５の実施形態）
図９（ａ）は本発明の第５の実施形態に係るワーク固定装置１と固定前のワークＷとを示し、図９（ｂ）は同装置でワークＷを固定した様子を示す。本実施形態のワーク固定装置１は、第１の実施形態におけるテーブル１０に代えて、移動する台車やコンベアベルトなどの搬送台１４を備えている。このような搬送台１４を備えたワーク固定装置１は、ワークＷを載置した状態で一方方向から移動させ、ワーク固定装置１に投入し、固定し、解放し、他の方向に回収する、という流れ作業的な処理の中で、ワークＷを固定することを可能とする。こうして、搬送台１４は、平行空間１１（図１（ａ）参照）にワークＷを投入するための手段として機能する。

なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態によるワーク固定装置１では、ワークＷを固定する力の強さは、壁体２とベルト３との距離やベルトの平行移動距離、及び、ワークＷの固定方向幅（壁体２に垂直な方向のワークＷの幅）、などによって決定される。そこで、本発明のワーク固定装置１に、異なる固定方向幅を有するワークＷに対応する機能や、ワーク固定力の調整の機能を備えることができる。例えば、壁体２と公転軸５との間隔調整機構を備えることができる。また、この間隔調整機構に、バネなどの付勢手段を設けて、その付勢手段によって、ベルト３による固定力にバネなどの力を付加するようにしてもよい。また、ワークＷの固定と解放の他の方法として、ワークＷの固定に際し、プーリ対１２を９０゜回転せずに、例えば８０゜で回転を止めてワークＷを固定し、ワークＷを解放するときは、固定するときとは逆にプーリ対１２の回転を戻すようにしてもよい。この場合、プーリ対１２の回転角度の調整で固定力を調整することができる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るワーク固定装置の斜視図、（ｂ）は同装置にワークを配置した斜視図、（ｃ）は同装置を作動させてワークを固定した使用状態の斜視図。 （ａ）は図１（ｂ）に対応する平面図、（ｂ）は図１（ｃ）に対応する平面図。 （ａ）は同上ワーク固定装置のクランプ部の作動前の平面図、（ｂ）は同クランプ部の作動途中の平面図、（ｃ）は同クランプ部が作動してワークを固定する状態の平面図。 同上ワーク固定装置が分割された複数のワークを固定する様子を示す斜視図。 本発明の第２の実施形態に係るワーク固定装置のクランプ部とその駆動系を説明する側面図。 本発明の第３の実施形態に係るワーク固定装置の斜視図。 （ａ）同上ワーク固定装置にワークを配置した平面図、（ｂ）は同装置で同ワークを固定した状態の平面図。 （ａ）は本発明の第４の実施形態に係るワーク固定装置と固定前のワークの斜視図、（ｂ）は同装置でワークを固定した様子を示す斜視図。 （ａ）は本発明の第５の実施形態に係るワーク固定装置と固定前のワークの斜視図、（ｂ）は同装置でワークを固定した様子を示す斜視図。

符号の説明

１ ワーク固定装置
２ 壁体
３ ベルト
４ プーリ
５ 公転軸
６ クランプ部
１０ テーブル
１２ プーリ対
４０ 回転方向規制手段
Ｍ モータ
Ｗ ワーク
ＴＢ タイミングベルト

Claims (3)

1. ワークを固定するためのワーク固定装置において、
   ワークが載置されるテーブルと、
   前記テーブルに載置されるワークの側面に対向する壁体と、
   前記壁体に対向するベルトを有しそのベルトを張力を保った状態で前記壁体に向けて移動させるクランプ部と、を備え、
   前記クランプ部は、互いに離間して配置された２つの軸の各々の回りに２つのプーリが一定間隔をおいて配置された２つのプーリ対を備え、前記ベルトは前記２つのプーリ対を内包するように架けられた環状ベルトとされ、
   前記２つの軸を結ぶ直線上に前記４つのプーリが配置された状態から、前記２つのプーリ対を各々の軸の回りに回転させることにより前記環状ベルトの前記壁体に対向する部分を当該壁体に向けて移動させ、前記テーブル上に載置されたワークを前記移動させたベルトと前記壁体との間に挟持して固定することを特徴とするワーク固定装置。
2. 前記壁体は、前記クランプ部の両側に備えられ、
   前記クランプ部は、前記環状ベルトの前記壁体のそれぞれに対向する側でワークを挟持して固定することを特徴とする請求項１に記載のワーク固定装置。
3. 前記クランプ部は、前記２つのプーリ対をそれらの軸回りに回転させるモータと、前記各プーリ対の回転をそれぞれ一方向に規制する回転方向規制手段と、前記２つのプーリ対の回転を同期させる回転同期手段と、を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のワーク固定装置。

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