JP6164105B2 - カム機構およびこれを用いたワーク搬送装置 - Google Patents

カム機構およびこれを用いたワーク搬送装置 Download PDF

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Description

本発明は、カム機構およびこれを用いたワーク搬送装置に関する。
カムフォロアの案内を溝カムの溝により行うカム機構が知られている。例えば特許文献1に開示されたカム機構は、プレス機の金型のスライド動作に連動する回転軸の回転運動を揺動ロッドの揺動運動に変換するために使用されている。回転軸には円筒溝カムが連結され、揺動ロッドの揺動端部には一つのカムフォロアが取り付けられている。円筒溝カムが回転すると、カムフォロアは、円筒溝カムの溝に案内されて所定の揺動方向へ揺動し、ワークを保持するための保持フィンガのクランプとアンクランプとを揺動ロッドに切り換えさせる。
特開2010−284716号公報
ところで、溝カムの溝の壁面のうち、溝幅方向の一方を第1カム面とし、他方を第2カム面とすると、カムフォロアは、揺動方向の一方へ移動するとき第1カム面に接触しながら軸心まわりの一方へ回転し、揺動方向の一方の限界位置に到達すると第2カム面に接触しながら軸心まわりの他方へ回転する。そのため、カムフォロアは、揺動方向の一方の限界位置に到達したとき回転方向が反転し、第2カム面との間ですべりが生じる。このすべりは、溝カムの移動速度が増すほど激しい摩擦を生み、カムフォロアの外輪の外周面およびカム面の焼き付きが発生する要因となる。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、カムフォロアの外輪の外周面および当該外輪が接触するカム面の焼き付きの発生を抑制可能なカム機構、およびこれを用いたワーク搬送装置を提供することである。
本発明によるカム機構は、移動体(69)と、溝カム(62)と、第1カムフォロア(67)と、第2カムフォロア(68)とを備える。移動体は、所定の移動経路(K)に沿って往復移動可能である。溝カムは、所定の移動方向へ移動可能であって、移動方向に対し直交する方向で向かい合う第1カム面(63)および第2カム面(64)を形成している案内溝を有する。第1カムフォロアおよび第2カムフォロアは、移動体に取り付けられている。第1カムフォロアは、第1カム面に接触可能であり且つ第2カム面に接触不能な外輪(82)を有する。第2カムフォロアは、第2カム面に接触可能であり且つ第1カム面に接触不能な外輪(85)を有する。
案内溝のうち、移動体を前記移動経路の限界位置(K1、K2)に位置させる部分を限界位置溝部(76、78)とする。案内溝の限界位置溝部の溝幅(W)は、第1カムフォロアおよび第2カムフォロアが当該限界位置溝部に位置している間、第1カムフォロアが第1カム面に接触しつつ第2カムフォロアが第2カム面に接触するよう設定されている。
移動体は、支点軸(73)まわりに揺動する揺動レバーである。第1カムフォロアおよび第2カムフォロアは、揺動レバーの端部に設けられている。
案内溝のうち、移動体を移動方向の一方へ送るための部分を送り用カム溝部(75)とし、移動体を移動方向の他方へ戻すための部分を戻し用カム溝部(77)とする。送り用カム溝部および戻し用カム溝部の溝幅は、第1カムフォロアおよび第2カムフォロアが送り用カム溝部または戻し用カム溝部に位置している間、第1カムフォロアが第1カム面および第2カム面の一方に接触しつつ、第2カムフォロアが第1カム面および第2カム面の他方に非接触となるよう設定されている。
このように構成することで、第1カムフォロアの外輪の接触対象が第1カム面から第2カム面に変わることはなく、また第2カムフォロアの外輪の接触対象が第2カム面から第1カム面に変わることはない。そのため、両方のカムフォロアは、回転方向が反転せず、一定方向に回転し続ける。したがって、カムフォロアの外輪の外周面とカム面との摩擦を回避することができ、カムフォロアの外輪の外周面、第1カム面および第2カム面の焼き付きの発生を抑制可能である。
本発明の一実施形態によるカム機構が第2カム機構として適用された多段式横型鍛造装置を示す上面図である。 図1の多段式横型鍛造装置を矢印II方向から見た図である。 図1のクランク軸のクランク角度とパンチのストロークとの関係を示すグラフである。 図1のIV部分を拡大して示す拡大図である。 図2の第2カム機構を矢印V方向から見た図である。 図5の第2カム機構の円筒溝カムの案内溝を平面に展開して示す展開図である。 図1のクランク軸のクランク角度とスライダの搬送方向位置との関係を示すグラフである。 図6のVIII部分を拡大して示す拡大図である。 図6のIX部分を拡大して示す拡大図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
<一実施形態>
本発明の一実施形態によるカム機構は、図1に示す多段式横型鍛造装置に第2カム機構として適用されている。多段式横型鍛造装置10は、ワーク11を所定の搬送方向に搬送する途中で複数回の鍛造加工を行うことにより、ワーク11を例えば自動車用の点火プラグのハウジングまたはスタータのクラッチハウジングなどに成形する。
(多段式横型鍛造装置の構成)
先ず、多段式横型鍛造装置10の全体構成について図1〜図7を参照して説明する。
図1、図2に示すように、多段式横型鍛造装置10は、フレーム20、ダイ21、ラム23、パンチP1〜P6、駆動手段30、把持具40、第1カム機構50、スライダSL1〜SL7、および第2カム機構60を備えている。スライダSL1〜SL7、把持具40、第1カム機構50および第2カム機構60は、ワーク11を搬送するワーク搬送装置15を構成している。以下、パンチP1〜P6を特に区別しないとき単に「パンチP」と記載し、スライダSL1〜SL7を特に区別しないとき単に「スライダSL」と記載する。また、便宜上、図1では後述の解除レバー53の図示を省略しており、図2ではフレーム20の側壁の一部を切り欠いている。
ダイ21は、複数設けられ、ダイブロック22を介してフレーム20に着脱可能に固定されている。本実施形態では、ダイ21は6つ設けられている。各ダイ21は、ワーク11の搬送方向に並ぶように一直線上に配置されている。
ラム23は、ダイ21ごとに一つずつ設けられ、例えば図示しないガイド部材などを介してフレーム20に支持されている。ラム23は、ダイ21に対し接近および離間する方向である加工方向へ往復移動可能である。加工方向は、搬送方向に対し直交している。
パンチPは、ダイ21ごとに一つずつ設けられ、ラム23のうちダイ21との対向部分に着脱可能に固定されている。パンチPは、ラム23がダイ21側に移動するとき、ダイ21との間に位置するワーク11をダイ21に押圧することによりワーク11に鍛造加工を施す。
駆動手段30は、動力源としてのモータ31と、フレーム20に回転可能に支持されているクランク軸33と、モータ31の出力軸32とクランク軸33とを回転伝達可能に連結しているベルト36およびベルト車37、38と、クランク軸33とラム23とを連結しているコンロッド39と、を備えている。クランク軸33は、両端の軸支持部34に対し偏心する複数の偏心部35を有している。偏心部35は、コンロッド39ごとに一つずつ形成されている。各偏心部35は、回転位相が60度ずつずらされている。
図3は、クランク軸33の回転角度であるクランク角度と、各パンチP1〜P6の加工方向の位置であるストロークとの関係を示すグラフである。クランク角度の360度を1周期とすると、パンチPは、駆動手段30により加工方向に周期的に往復移動させられる。各パンチP1〜P6は、移動タイミングが1周期の中で互いに等間隔にずらされており、時間差をもってワーク11に順次押圧される。
図1、図2に示すように、把持具40は、加工方向においてダイ21とラム23との間に位置し、搬送方向に並ぶように複数設けられている。本実施形態では、把持具40は7つ設けられている。把持具40は、ワーク11を挟むように把持可能な一対のフィンガ41と、一対のフィンガ41を保持しているカセット42と、カセット42内に設けられ、一対のフィンガ41を把持状態に付勢している図示しない付勢手段と、を備えている。
第1カム機構50は、回転運動を揺動運動に変換するカム機構であり、把持具40ごとに一つずつ設けられている。第1カム機構50は、モータ31に連動して回転する後述の円筒溝カム62と一体にカム軸心O1まわりに回転可能な円板カム52と、円板カム52の外周面との接触により支持軸54まわりに揺動する解除レバー53と、を有している。解除レバー53は、円板カム52とは反対側の端部が把持具40と周期的に係合することによりフィンガ41の把持状態を解除可能である。
スライダSLは、把持具40ごとに一つずつ、つまり7つ設けられている。各スライダSL1〜SL7は、ワーク11の搬送方向に並ぶように一直線上に配置され、把持具40と一体に搬送方向に往復移動可能に2本のスライダシャフト57、58により支持されている。スライダシャフト57、58は、搬送方向に延びるシャフトであり、フレーム20に固定されている。
ここで、搬送方向には、ワーク11を搬入する位置と、ダイ21と一致する加工位置と、ワーク11を搬出する位置とに設定された複数の停留位置があり、搬送方向で互いに隣り合う一対の停留位置のうち、搬送方向後方の停留位置を後方停留位置とし、搬送方向前方の停留位置を前方停留位置とする。スライダSLは、後方停留位置と前方停留位置との間で往復移動可能であり、スライダSLの搬送方向の幅は、スライダSLの後方停留位置から前方停留位置までの可動距離よりも小さく設定されている。また、各スライダSL1〜SL7の可動範囲は、搬送方向で互いに重なるように設定されている。
図1、図2、図4、図5に示すように、第2カム機構60は、回転運動を揺動運動に変換するカム機構であり、スライダSLごとに一つずつ設けられている。第2カム機構60は、円筒溝カム62、カムフォロア67、68、および揺動レバー69を有している。
円筒溝カム62は、第1連結軸71および第2連結軸72を介してモータ31に連結され、モータ31に連動してカム軸心O1まわりに回転可能である。各円筒溝カム62は、回転方向に対し直交する方向すなわち搬送方向で並ぶように同軸上に配置され、互いに一体に形成されている。円筒溝カム62は、搬送方向で向かい合う第1カム面63および第2カム面64を形成している案内溝65を有する。円筒溝カム62の回転方向は、特許請求の範囲に記載の「所定の移動方向」に相当する。
図6に示すように、案内溝65は、スライダSLを後方停留位置から前方停留位置まで送るための送り用カム溝部75と、スライダSLを前方停留位置で停留させるための前方停留用カム溝部76と、スライダSLを前方停留位置から後方停留位置まで戻すための戻し用カム溝部77と、スライダSLを後方停留位置で停留させるための後方停留用カム溝部78とを有している。各円筒溝カム62は、回転位相が約60度ずつずらされている。
図4、図5に示すように、揺動レバー69は、円筒溝カム62とスライダSLとの間に位置している支点軸73に取り付けられ、支点軸73まわりに回動可能である。揺動レバー69の円筒溝カム62側の端部79には、カムフォロア67、68が取り付けられている。カムフォロア67、68は、円筒溝カム62が回転すると、案内溝65のカム面63、64と接触することにより揺動レバー69の端部79と共に支点軸73まわりの所定の移動経路Kに沿って揺動する。揺動レバー69は、特許請求の範囲に記載の「移動体」に相当する。揺動レバー69のスライダSL側の端部80は、スライダSLの係合突起74が嵌合している係合孔70を有しており、スライダSLに搬送方向の力を伝達可能に連結されている。
図7は、クランク角度と、各スライダSL1〜SL7の搬送方向位置との関係を示すグラフである。図7中の「ST1〜ST8」は停留位置である。スライダSLは、第2カム機構60により搬送方向へ周期的に往復移動させられる。各スライダSL1〜SL7は、移動タイミングが1周期の中で等間隔にずらされており、互いにぶつからないように時間差をもって後方停留位置と前方停留位置との間を順次往復移動する。
(第2カム機構の特徴構成)
次に、第2カム機構60の特徴構成について図5、図6、図8、図9を参照して説明する。
以下では、カムフォロア67を「第1カムフォロア67」と記載し、カムフォロア68を「第2カムフォロア68」と記載する。また、第1カムフォロア67および第2カムフォロア68が揺動レバー69の端部79と共に揺動する方向を「揺動方向」と記載する。
図5に示すように、第1カムフォロア67は、揺動レバー69の端部79のうち揺動方向の一方に設けられており、第2カムフォロア68は、揺動レバー69の端部79のうち揺動方向の他方に設けられている。
図8、図9に示すように、第1カムフォロア67は、回転軸81、回転軸81まわりに回転可能な外輪82、および、回転軸81と外輪82との間に設けられる複数のころ83から構成されている。第2カムフォロア68は、回転軸84、回転軸84まわりに回転可能な外輪85、および、回転軸84と外輪85との間に設けられる複数のころ86から構成されている。
第1カムフォロア67の外輪82は、円筒溝カム62の第1カム面63に接触可能であり且つ第2カム面64に接触不能である。一方、第2カムフォロア68の外輪85は、円筒溝カム62の第2カム面64に接触可能であり且つ第1カム面63に接触不能である。また、第1カムフォロア67の外輪82と第2カムフォロア68の外輪85とは、互いに案内溝65の溝幅方向の力を伝達可能に接触している。
図5、図6に示すように、円筒溝カム62の案内溝65の前方停留用カム溝部76は、案内溝65のうち、揺動レバー69の端部79を移動経路Kの一方の限界位置K1に位置させる部分であって、特許請求の範囲に記載の「限界位置溝部」に相当する。また、円筒溝カム62の案内溝65の後方停留用カム溝部78は、案内溝65のうち、揺動レバー69の端部79を移動経路Kの他方の限界位置K2に位置させる部分であって、特許請求の範囲に記載の「限界位置溝部」に相当する。
これらの前方停留用カム溝部76および後方停留用カム溝部78の溝幅Wは、図8、図9に示すように、第1カムフォロア67および第2カムフォロア68が当該カム溝部76、78に位置している間、第1カムフォロア67が第1カム面63に接触しつつ第2カムフォロア68が第2カム面64に接触するよう設定されている。つまり、第1カムフォロア67および第2カムフォロア68が当該カム溝部76、78に位置している間、第1カムフォロア67と第1カム面63とのクリアランス、および、第2カムフォロア68と第2カム面64とのクリアランスは形成されない。
このように構成された第2カム機構60では、円筒溝カム62が回転すると、カムフォロア67、68は、案内溝65のカム面63、64に押され、移動経路Kに沿って揺動レバー69の端部79と共に揺動する。
具体的には、図6において矢印A1で示すように、第1カムフォロア67は、移動経路Kの限界位置K2(図5参照)に向かって揺動方向の他方へ移動するとき、第1カム面63に接触しながら軸心まわりの一方へ回転する。このとき、第2カムフォロア68は、第1カムフォロア67との接触により軸心まわりの他方へ回転する。
図6において矢印A2で示すように、第2カムフォロア68は、移動経路Kの限界位置K2に到達したとき、第2カム面64に接触しながら軸心まわりの他方への回転を維持する。このとき、第1カムフォロア67は、第1カム面63との接触を維持し、軸心まわりの一方へ回転する。
図6において矢印A3で示すように、第2カムフォロア68は、移動経路Kの限界位置K1(図5参照)に向かって揺動方向の一方へ移動するとき、第2カム面64に接触しながら軸心まわりの他方へ回転する。このとき、第1カムフォロア67は、第2カムフォロア68との接触により軸心まわりの一方へ回転する。
図6において矢印A4で示すように、第1カムフォロア67は、移動経路Kの限界位置K1に到達したとき、第1カム面63に接触しながら軸心まわりの一方への回転を維持する。このとき、第2カムフォロア68は、第2カム面64との接触を維持し、軸心まわりの他方へ回転する。
このように、第1カムフォロア67は軸心まわりの一方へ回転し続け、第2カムフォロア68は軸心まわりの他方へ回転し続ける。
(効果)
以上説明したように、本実施形態の第2カム機構60では、円筒溝カム62の案内溝65に対応して2つのカムフォロア67、68が設けられている。第1カムフォロア67は、第1カム面63に接触可能であり且つ第2カム面64に接触不能な外輪82を有する。第2カムフォロア68は、第2カム面64に接触可能であり且つ第1カム面63に接触不能な外輪85を有する。
このように構成することで、両方のカムフォロア67、68は、回転方向が反転せず、一定方向に回転し続ける。したがって、カムフォロア67、68の外輪82、85の外周面とカム面63、64との摩擦を回避することができ、カムフォロア67、68の外輪82、85の外周面、第1カム面63および第2カム面64の焼き付きの発生を抑制可能である。
ここで、円筒溝カムの案内溝に一つのカムフォロアを設ける第1比較形態について考える。この第1比較形態では、カムフォロアの外輪が案内溝の第1カム面に接触しながら回転しているとき、カムフォロアの外輪と案内溝の第2カム面との間にはクリアランスが必要である。そのため、カムフォロアは、案内溝の前方停留用カム溝部および後方停留用カム溝部に位置するとき溝幅方向に移動可能である。したがって、可動範囲の限界位置において揺動レバーががたつくことに起因して、スライダの停留位置での位置決め精度が低下するおそれがある。
これに対し、本実施形態では、前方停留用カム溝部76および後方停留用カム溝部78の溝幅Wは、第1カムフォロア67および第2カムフォロア68が当該カム溝部76、78に位置している間、第1カムフォロア67が第1カム面63に接触しつつ第2カムフォロア68が第2カム面64に接触するよう設定されている。つまり、第1カムフォロア67および第2カムフォロア68が停留用カム溝部76、78に位置している間、第1カムフォロア67と第1カム面63との間にクリアランスは形成されず、また第2カムフォロア68と第2カム面64との間にもクリアランスは形成されない。
したがって、可動範囲の限界位置における揺動レバー69のがたつきを防止し、スライダSLの停留位置での位置決め精度を向上させることができる。
ここで、リブカムのリブを挟むように一対のカムフォロアを設ける第2比較形態について考える。この第2比較形態では、リブから一方のカムフォロアの外輪に作用する力は、当該カムフォロアの回転軸のみで受けることになる。
これに対し、本実施形態では、第1カムフォロア67の外輪82と第2カムフォロア68の外輪85とは、互いに案内溝65の溝幅方向の力を伝達可能に接触している。そのため、第1カム面63から外輪82に作用する荷重を回転軸81および回転軸84に分散して受けさせることができる。したがって、本実施形態によれば、第2比較形態の回転軸と比べて回転軸81、84を細くしても必要強度を満たすことができ、カムフォロア67、68を小型化することができる。
また、本実施形態では、上述のカムフォロア67、68の小型化によって第2カム機構60の揺動方向の体格を小さくすることができる。そのため、円筒溝カム62の移動方向に対し直交する方向へ並ぶように第2カム機構60を複数設けるワーク搬送装置15において、装置体格を小さくするのに好適である。
<他の実施形態>
本発明の他の実施形態では、円筒溝カムに代えて、例えば平面溝カムなどの他の種類の溝カムを有していてもよい。
本発明の他の実施形態では、第1カムフォロアおよび第2カムフォロアは、外輪同士が非接触であってもよい。
本発明の他の実施形態では、案内溝の限界位置溝部に第1カムフォロアおよび第2カムフォロアが位置しているとき、第1カムフォロアと第1カム面との間、および、第2カムフォロアと第2カム面との間にクリアランスがあってもよい。
本発明の他の実施形態では、第2カム機構は、互いに並ぶように複数設けられることなく、単体で使用されてもよい。
本発明の他の実施形態では、スライダの数は、7つ以外であってもよい。
本発明の他の実施形態では、スライダの送り速度は、スライダの戻り速度以上であってもよい。
本発明の他の実施形態では、ダイ、ラムおよびパンチの数は、6つ以外であってもよい。
本発明の他の実施形態では、各パンチは、移動タイミングが1周期の中で不揃いにずらされていてもよい。
本発明の他の実施形態では、把持具は、他の機械的構成によっても実現可能である。また、把持具を駆動する第2駆動装置は、電気的構成によっても実現可能である。
本発明の他の実施形態では、第1駆動手段、第2駆動手段および第3駆動手段は、別々の動力源を備えていてもよい。
本発明の他の実施形態では、多段式横型鍛造装置は、自動車用の点火プラグのハウジングまたはスタータのクラッチハウジング以外のものを成形してもよい。
本発明の他の実施形態では、第2カム機構は、ワーク搬送装置およびこれを用いた多段式横型鍛造装置に限らず、他の装置に適用されてもよい。要するに、第2カム機構は、回転運動や往復直線運動などを揺動運動に変換する用途であれば、どのような装置に適用されてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
60 ・・・カム機構
62 ・・・円筒溝カム(溝カム)
63 ・・・第1カム面
64 ・・・第2カム面
67 ・・・第1カムフォロア
68 ・・・第2カムフォロア
69 ・・・揺動レバー(移動体)
82、85・・・外輪
K ・・・移動経路

Claims (4)

  1. 所定の移動経路(K)に沿って往復移動可能な移動体(69)と、
    所定の移動方向へ移動可能であって、前記移動方向に対し直交する方向で向かい合う第1カム面(63)および第2カム面(64)を形成している案内溝を有する溝カム(62)と、
    前記移動体に取り付けられ、前記第1カム面に接触可能であり且つ前記第2カム面に接触不能な外輪(82)を有する第1カムフォロア(67)と、
    前記移動体に取り付けられ、前記第2カム面に接触可能であり且つ前記第1カム面に接触不能な外輪(85)を有する第2カムフォロア(68)と、
    を備えており、
    前記案内溝のうち、前記移動体を前記移動経路の限界位置(K1、K2)に位置させる部分を限界位置溝部(76、78)とすると、
    前記案内溝の前記限界位置溝部の溝幅(W)は、前記第1カムフォロアおよび前記第2カムフォロアが当該限界位置溝部に位置している間、前記第1カムフォロアが前記第1カム面に接触しつつ前記第2カムフォロアが前記第2カム面に接触するよう設定されており、
    前記移動体は、支点軸(73)まわりに揺動する揺動レバーであり、
    前記第1カムフォロアおよび前記第2カムフォロアは、前記揺動レバーの端部に設けられており、
    前記案内溝のうち、前記移動体を前記移動方向の一方へ送るための部分を送り用カム溝部(75)とし、前記移動体を前記移動方向の他方へ戻すための部分を戻し用カム溝部(77)とすると、
    前記送り用カム溝部および前記戻し用カム溝部の溝幅は、前記第1カムフォロアおよび前記第2カムフォロアが前記送り用カム溝部または前記戻し用カム溝部に位置している間、前記第1カムフォロアが前記第1カム面および前記第2カム面の一方に接触しつつ、前記第2カムフォロアが前記第1カム面および前記第2カム面の他方に非接触となるよう設定されていることを特徴とするカム機構(60)。
  2. 前記第1カムフォロアの前記外輪と前記第2カムフォロアの前記外輪とは、互いに前記案内溝の溝幅方向の力を伝達可能に接触していることを特徴とする請求項に記載のカム機構。
  3. 前記カム機構は、前記溝カムの移動方向に対し直交する方向へ並ぶように複数設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のカム機構。
  4. ワーク(11)を所定の搬送方向へ搬送するワーク搬送装置(15)であって、
    請求項1〜のいずれか一項に記載のカム機構と、
    前記搬送方向へ往復移動可能であり、前記移動体に連結されているスライダ(SL1〜SL7)と、
    前記スライダに固定され、前記ワークを把持可能な把持具(40)と、
    を備えることを特徴とするワーク搬送装置。
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