JP6393237B2

JP6393237B2 - チャック機構

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Publication number: JP6393237B2
Application number: JP2015114537A
Authority: JP
Inventors: 光平蘭
Original assignee: Sanoh Industrial Co Ltd
Current assignee: Sanoh Industrial Co Ltd
Priority date: 2015-06-05
Filing date: 2015-06-05
Publication date: 2018-09-19
Anticipated expiration: 2035-06-05
Also published as: DE112016002544T5; CN107530849B; US20180111236A1; CN107530849A; JP2017001108A; WO2016194516A1; US10888964B2

Description

本発明は、チャック機構に関し、特にパイプの切断、曲げ加工等にあたり、パイプをクランプするのに使用される、チャック機構に関するものである。

パイプの切断、曲げ加工等にあたり、パイプをクランプするものとして、三つ爪チャック又はコレットチャックが広く用いられている。これらのチャックの最大の問題は、クランプの開閉幅が狭く、小径から大径までのさまざまな径のパイプに対応することはできず、パイプ径に応じて、爪又はコレットを交換しなければならないことである。
一方、一対の把持部材のそれぞれの一端部を回動可能に軸支して八の字状に配置し、各把持部材を支軸回りに回動せせることにより開閉動作させるチャックが存在する（例えば、特許文献１）。このチャック機構の場合、クランプの開閉幅を大きくすることは容易であり、種々の径のパイプに対応できるクランプを形成することはできる。しかし、該チャック機構における把持部材は、支軸回りに回動せせることによりパイプをクランプするものであるので、把持部材のパイプとの接触は、種々の径のパイプに対して全て面接触とすることはできず、線接触、場合によっては点接触となり、クランプするパイプに過度の集中荷重をかけてしまい、パイプに潰れ、傷を付けてしまう場合があった。

上記したチャック機構が有する問題を解決したものが、特許文献２に開示されている。この特許文献２に開示されたチャック機構は、円周方向に等間隔に且つ半径方向に配置された多数のクランプ爪と、該クランプ爪を半径方向に摺動自在に案内するガイド溝と、環状のピストンを収容し、該ピストンを作動するために圧縮空気又は圧油が注入される環状のシリンダと、ピストンに連結されたスライダーと、一端が枢軸によりスライダーに、他端が長孔とピンによりクランプ爪に連結されたリンクと、を含む多爪チャックである。
この多爪チャックによれば、クランプ爪の摺動距離を延ばすことにより、容易に開閉幅を大きなものとすることができ、種々の径のパイプに対応できるものとなる。また、クランプ爪はパイプに対して垂直方向に移動してクランプするものであるので、パイプに対して面接触、少なくとも線接触の状態でクランプでき、パイプに潰れ、傷を付け難いものとなる。

特開平０５−０６９３７３号公報特開２００７−３０１６６４号公報

しかしながら、上記した特許文献２に開示されたチャック機構にあっては、構造が複雑であり、装置が大型化する問題があった。また、それにともない、装置トラブルが発生し易いものとなり、また該チャック機構を回動或いは移動させる構成とする場合には、その駆動装置も大型のものが必要となるという問題があった。

本発明は、上述した背景技術が有する課題に鑑みなされたものであって、その目的は、簡易な構成で装置の小型化が図れ、しかも、クランプの開閉幅が広く、種々の径のパイプに対応できるとともに、パイプに対して面接触、少なくとも線接触の状態でクランプでき、パイプに潰れ、傷を付け難いチャック機構を提案することにある。

上記した目的を達成するため、本発明は、次の（１）〜（６）に記載のチャック機構とした。
（１）水平方向に配置されたシャフトと、該シャフトの先端に設けられたシャフトの上下方向に突出するフレームと、該フレームの上部及び下部に、それぞれ凸となる折曲部を内側とし、且つそれぞれの折曲部において揺動可能に支持された一対の『く』の字状リンク部材と、該一対の『く』の字状リンク部材の前方部のそれぞれと平行に後端を前記フレームに回転可能に支持された平行リンク部材と、前記上部の『く』の字状リンク部材の先端と該リンク部材と平行に配置された前記平行リンク部材の先端、及び下部の『く』の字状リンク部材の先端と該リンク部材と平行に配置された前記平行リンク部材の先端に、それぞれ回動可能に支持され、且つクランプ面を対向させて配置された一対のクランプ部材と、前記一対の『く』の字状リンク部材の後方部を、該後方部間が広がる方向及び狭まる方向に揺動させる揺動駆動機構とからなり、前記揺動駆動機構が、前記一対の『く』の字状リンク部材のそれぞれの後端に回動可能に支持された短辺リンク部材と、該短辺リンク部材間を連結する連結リンク部材と、該連結リンク部材に設けられた前記シャフトに外嵌されて該シャフトに沿って摺動する円筒部材と、該円筒部材をシャフトに沿って摺動させる電動シリンダとからなり、前記電動シリンダは直線駆動するロッドを備え、該ロッドによって上端を固定支点に回動可能に支持された揺動竿を揺動させ、該揺動竿の揺動運動を前記円筒部材の外周に設けられたフランジによって受け、前記円筒部材を前記シャフトに沿って摺動させる構成としたことを特徴とする、チャック機構。
（２）上記一対のクランプ部材のクランプ面が、それぞれＶ字溝に形成されていることを特徴とする、上記（１）に記載のチャック機構。
（３）上記電動シリンダが、制御手段によりその始動、停止、正転、逆転及びトルクが制御されていることを特徴とする、上記（１）又は（２）に記載のチャック機構。
（４）上記チャック機構を、上記シャフトの軸心廻りに回転させる回転駆動機構が設けられていることを特徴とする、上記（１）〜（３）のいずれかに記載のチャック機構。
（５）上記チャック機構を、上記シャフトの軸心方向に移動させる移動駆動機構が設けられていることを特徴とする、上記（１）〜（４）のいずれかに記載のチャック機構。
（６）上記チャック機構を、垂直軸廻りに旋回させる旋回駆動機構が設けられていることを特徴とする、上記（１）〜（５）のいずれかに記載のチャック機構。

上記した本発明に係るチャック機構によれば、特定の構成のリンク機構を用いて開閉動作を行わせるものであるので、簡易な構成で装置の小型化が図れ、しかも、リンク竿の長さを長くすることにより、容易にクランプの開閉幅を広くすることができ、種々の径のパイプに対応できるものとなる。また、一対のクランプ部材は、所謂平行リンクによりそのクランプ面が平行に移動するので、パイプに対して面接触、少なくとも線接触の状態でクランプでき、パイプに潰れ、傷等を付け難いものとなる。

本発明に係るチャック機構の実施形態の要部を概念的に示した図であって、チャック機構を開いた状態を示した側面図である。本発明に係るチャック機構の実施形態の要部を概念的に示した図であって、チャック機構を閉じた状態を示した側面図である。本発明に係るチャック機構の実施形態の要部を概念的に示した図であって、大径のパイプをクランプした状態を示した正面図である。本発明に係るチャック機構の実施形態の要部を概念的に示した図であって、小径のパイプをクランプした状態を示した正面図である。本発明に係るチャック機構の実施形態の全体を示した斜視図である。本発明に係るチャック機構の実施形態の全体を示した背面図である。本発明に係るチャック機構の実施形態の旋回駆動機構を示した分解斜視図である。

以下、本発明に係るチャック機構の一実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明に係るチャック機構の一実施形態の要部を概念的に示した図であって、図１はチャック機構を開いた状態、図２はチャック機構を閉じた状態を、それぞれ示した側面図である。

これらの図において、１は、水平方向に配置されたシャフト、２は、該シャフト１の先端に設けられたシャフト１の上下方向に突出するフレームである。フレーム２の上部２ａ及び下部２ｂには、それぞれ凸となる折曲部３ａ，４ａを内側とし、且つそれぞれの折曲部３ａ，４ａにおいて揺動可能に支持された一対の『く』の字状リンク部材３，４と、該一対の『く』の字状リンク部材３，４の前方部のそれぞれと平行に後端５ａ，６ａを上記フレーム２に回転可能に支持された平行リンク部材５，６が設けられている。

上記フレーム２の上部２ａの『く』の字状リンク部材３の先端３ｂと該リンク部材３と平行に配置された上記平行リンク部材５の先端５ｂ、及び上記フレーム２の下部２ｂの『く』の字状リンク部材４の先端４ｂと該リンク部材４と平行に配置された上記平行リンク部材６の先端６ｂに、それぞれ回動可能に支持され、且つクランプ面７ａ，８ａを対向させて配置された一対のクランプ部材７，８が設けられている。クランプ面７ａ，８ａは、図３或いは図４に示したように、それぞれＶ字溝に形成されている。

上記一対の『く』の字状リンク部材３，４のそれぞれの後端３ｃ，４ｃには、それぞれ回動可能に支持された短辺リンク部材９，１０が設けられ、該短辺リンク部材９，１０間には、それらを連結する連結リンク部材１１が回動可能に設けられている。連結リンク部材１１の中央部１１ａには、上記シャフト１に外嵌されて該シャフト１に沿って摺動する円筒部材１２が固設されており、該円筒部材１２を、シャフト１に沿って摺動させる電動シリンダ１３が設けられている。

上記電動シリンダ１３は、ステピッングモータでボールねじを回転させることにより直線駆動するロッド１３ａを備えている。そして、該ロッド１３ａによって、上端１４ａを固定支点に回動可能に支持された揺動竿１４を揺動させ、該揺動竿１４の揺動運動を上記円筒部材１２の外周に設けられたフランジ１２ａによって受け、円筒部材１２をシャフト１に沿って摺動させる構成とされている。上記電動シリンダ１３を構成するステピッングモータは、エンコーダにて回転数に応じて発振するパルスを検出すること等により、図示しない制御手段を通じてその始動、停止、正転、逆転、回転速度、トルク等が制御されるようになっている。

本発明においては、上記した一対の『く』の字状リンク部材３，４のそれぞれの後端３ｃ，４ｃに回動可能に支持された短辺リンク部材９，１０と、該短辺リンク部材９，１０間を連結する連結リンク部材１１と、該連結リンク部材１１に設けられたシャフト１に外嵌されて該シャフト１に沿って摺動する円筒部材１２と、該円筒部材１２をシャフトに沿って摺動させる電動シリンダ１３とを、一対の『く』の字状リンク部材３，４の後方部を、該後方部間が広がる方向及び狭まる方向に揺動させる揺動駆動機構と言う場合がある。

上記のように構成された本発明に係るチャック機構は、次のようにしてワークであるパイプをクランプする。
先ず、図示しない制御手段により電動シリンダ１３を正転駆動させ、該電動シリンダのロッド１３ａを前進させ、揺動竿１４を、上端１４ａの固定支点を中心に前方に揺動させる。揺動竿１４の揺動は、円筒部材１２の外周に設けられたフランジ１２ａによって受けられ、円筒部材１２をシャフト１に沿って前方に摺動させる。円筒部材１２が前方に摺動すると、該円筒部材１２に固設された連結リンク１１が前方に移動し、短辺リンク部材９，１０を介して一対の『く』の字状リンク部材３，４の後方部間を、折曲部３ａ，４ａを中心に広げる方向に揺動させる。

一対の『く』の字状リンク部材３，４の後方部間が広げられる方向に揺動されると、該一対の『く』の字状リンク部材３，４の前方部間は、折曲部３ａ，４ａを中心に狭められる方向に揺動する。この一対の『く』の字状リンク部材３，４の前方部の揺動によって、上部の『く』の字状リンク部材３の先端３ｂと該リンク部材３と平行に配置された平行リンク部材５の先端５ｂ、及び下部の『く』の字状リンク部材４の先端４ｂと該リンク部材４と平行に配置された平行リンク部材６の先端６ｂに、それぞれ回動可能に支持され、且つクランプ面７ａ，８ａを対向させて配置された一対のクランプ部材７，８が、図２に示したように接近する方向に移動し、パイプをクランプする。

上記クランプ部材７，８の接近移動は、フレーム２の上部２ａ、『く』の字状リンク部材３の前方部、平行リンク部材５、そしてクランプ部材７が、また、フレーム２の下部２ｂ、『く』の字状リンク部材４の前方部、平行リンク部材６、そしてクランプ部材８が、それぞれ所謂平行リンクを構成しているため、そのクランプ面７ａ，８ａは平行状態を保って接近移動し、パイプをクランプする。そのため、パイプに対して面接触、少なくとも線接触の状態でクランプでき、パイプに潰れ、傷等を付け難いものとなる。

また、上記した実施形態においては、クランプ面７ａ，８ａをＶ字溝に形成しているので、クランプの際に、クランプ面７ａ，８ａのＶ字溝にそってパイプが移動し、クランプ終了時においては、パイプのセンタリングが行え、パイプを正確にクランプできるとともに、図３、図４に示したように、径の異なるパイプＰに対しても、それぞれ少なくとも２か所の線接触の状態でパイプを均等に上下方向からクランプでき、よりパイプに潰れ、傷等を付け難いものとなる。さらに、上記したようにリンク機構を介してクランプ部材７，８を接近移動させる電動シリンダ１３を、制御手段によりその始動、停止、正転、逆転のみならず、トルクをも制御できるものとした場合には、パイプの径やパイプ素材に応じて、最適のクランプ力によってパイプをクランプできるものとすることができる。

クランプしたパイプを離す場合には、図示しない制御手段により電動シリンダ１３を逆転駆動させ、該電動シリンダのロッド１３ａを後退させる。すると、上記したリンク機構は、それぞれ上記とは逆方向に作動し、クランプ部材７，８を離反移動させ、パイプのクランプを解除する。

上記した本発明に係るチャック機構には、上記水平方向に配置されたシャフト１を、その軸心廻りに回転させる回転駆動機構２０を設けることができる。
この回転駆動機構２０としては、図５，図６に示したように、上記チャック機構の上方に、廻しモータ２１を設置し、該廻しモータ２１の回転軸に装着されたプーリ２２と、上記チャック機構のシャフト１に設けたプーリ２３との間をベルト２４によって連繋させ、廻しモータ２１を回転させることによりシャフト１をその軸心廻りに回転させ、該シャフト１の先端に設けたチャック機構を回転させる構成とすることができる。

上記のような回転駆動機構２０をチャック機構に設けることにより、該チャック機構によりクランプしたパイプを、その軸心廻りに回転させることができ、付帯したパイプの曲げ加工機によって、パイプを任意の方向に曲げることできるものとなる。

また、本発明に係るチャック機構には、上記シャフト１の軸心方向にチャック機構を移動させる移動駆動機構３０を設けることができる。
この移動駆動機構３０としては、図５，図６に示したように、上記チャック機構を載置したテーブル３１と、該テーブル３１を移動可能に支持する案内レール３２と、テーブル３１の下面に設けられた送りモータ３３と、該送りモータ３３の回転軸に装着された駆動ピニオン３４と、該駆動ピニオン３４が噛合されて前記送りモータ３３からの駆動力を受動して前記テーブル３１を案内レール３２に沿って移動させる前記案内レール３２に平行に設けられたラック材３５とにより構成することができる。

上記のような移動駆動機構３０をチャック機構に設けることにより、該チャック機構によりクランプしたパイプを、その軸心方向に移動させることができ、付帯したパイプの曲げ加工機或いは切断機によって、パイプを任意の位置で曲げ或いは切断できるものとなる。

さらに、本発明に係るチャック機構には、垂直軸廻りにチャック機構を旋回させる旋回駆動機構４０を設けることができる。
この旋回駆動機構４０としては、図７に示したように、上記チャック機構をテーブル３１に載置するにあたり、その間に中空ロータリーアクチュエータ４１を介在させた構成とし、該中空ロータリーアクチュエータ４１によって、チャック機構を垂直軸廻りに直接旋回させる構成とすることができる。なお、中空ロータリーアクチュエータ４１は、中空ロータリーテーブル４２と、該中空ロータリーテーブル４２を回動させるステッピングモーター４３とが一体となった装置を用いることができる。

上記のような旋回駆動機構４０をチャック機構に設けることにより、チャック機構を垂直軸廻りに旋回させ、加工すべきパイプを取に行く、或いは、加工後のパイプを側方の排出シュートに排出する等の操作ができるものとなる。

以上、本発明に係るチャック機構の実施形態を説明したが、本発明は、何ら既述の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形、変更が可能であることは当然である。
例えば、上記実施形態において示した一対の『く』の字状リンク部材３，４の後方部を揺動させる揺動駆動機構は、一例を示したに過ぎず、一対の『く』の字状リンク部材３，４の後方部を揺動させ、その間を広げたり、狭めたりすることができる機構であれば、種々の構成の揺動駆動機構が、本発明においては採用することができる。
また、上記実施形態において示した、チャック機構をシャフト１の軸心廻りに回転させる回転駆動機構２０の構成、また、チャック機構をシャフト１の軸心方向に移動させる移動駆動機構３０の構成、更には、チャック機構を垂直軸廻りに旋回させる旋回駆動機構４０の構成は、それぞれ一例を示したに過ぎず、これらの構成のものに、何ら本発明は限定されるものではない。

以上、説明した本発明に係るチャック機構は、簡易な構成で装置の小型化が図れ、しかも、クランプの開閉幅が広く、種々の径のパイプに対応できるとともに、パイプに対して面接触、少なくとも線接触の状態でクランプでき、パイプに潰れ、傷等を付け難いチャック機構であるため、パイプを切断或いは曲げ加工するに際して、該パイプをクランプする装置として広く利用可能である。

１シャフト
２フレーム
２ａフレームの上部
２ｂフレームの下部
３，４一対の『く』の字状リンク部材
３ａ，４ａ一対の『く』の字状リンク部材のそれぞれの折曲部
３ｂ，４ｂ一対の『く』の字状リンク部材のそれぞれの先端
３ｃ，４ｃ一対の『く』の字状リンク部材のそれぞれの後端
５，６平行リンク部材
５ａ，６ａ平行リンク部材のそれぞれの後端
５ｂ，６ｂ平行リンク部材のそれぞれの前端
７，８一対のクランプ部材
７ａ，８ａ一対のクランプ部材のそれぞれのクランプ面
９，１０短辺リンク部材
１１連結リンク部材
１１ａ連結リンク部材の中央部
１２円筒部材
１２ａ円筒部材の外周に設けられたフランジ
１３電動シリンダ
１３ａ電動シリンダのロッド
１４揺動竿
１４ａ揺動竿の上端
２０回転駆動機構
２１廻しモータ
２２，２３プーリ
２４ベルト
３０移動駆動機構
３１テーブル
３２案内レール
３３送りモータ
３４駆動ピニオン
３５ラック材
４０旋回駆動機構
４１中空ロータリーアクチュエータ
４２中空ロータリーテーブル
４３ステッピングモーター

Claims

水平方向に配置されたシャフトと、該シャフトの先端に設けられたシャフトの上下方向に突出するフレームと、該フレームの上部及び下部に、それぞれ凸となる折曲部を内側とし、且つそれぞれの折曲部において揺動可能に支持された一対の『く』の字状リンク部材と、該一対の『く』の字状リンク部材の前方部のそれぞれと平行に後端を前記フレームに回転可能に支持された平行リンク部材と、前記上部の『く』の字状リンク部材の先端と該リンク部材と平行に配置された前記平行リンク部材の先端、及び下部の『く』の字状リンク部材の先端と該リンク部材と平行に配置された前記平行リンク部材の先端に、それぞれ回動可能に支持され、且つクランプ面を対向させて配置された一対のクランプ部材と、前記一対の『く』の字状リンク部材の後方部を、該後方部間が広がる方向及び狭まる方向に揺動させる揺動駆動機構とからなり、前記揺動駆動機構が、前記一対の『く』の字状リンク部材のそれぞれの後端に回動可能に支持された短辺リンク部材と、該短辺リンク部材間を連結する連結リンク部材と、該連結リンク部材に設けられた前記シャフトに外嵌されて該シャフトに沿って摺動する円筒部材と、該円筒部材をシャフトに沿って摺動させる電動シリンダとからなり、前記電動シリンダは直線駆動するロッドを備え、該ロッドによって上端を固定支点に回動可能に支持された揺動竿を揺動させ、該揺動竿の揺動運動を前記円筒部材の外周に設けられたフランジによって受け、前記円筒部材を前記シャフトに沿って摺動させる構成としたことを特徴とする、チャック機構。
上記一対のクランプ部材のクランプ面が、それぞれＶ字溝に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のチャック機構。
上記電動シリンダが、制御手段によりその始動、停止、正転、逆転及びトルクが制御されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のチャック機構。
上記チャック機構を、上記シャフトの軸心廻りに回転させる回転駆動機構が設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のチャック機構。
上記チャック機構を、上記シャフトの軸心方向に移動させる移動駆動機構が設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のチャック機構。
上記チャック機構を、垂直軸廻りに旋回させる旋回駆動機構が設けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のチャック機構。