JP6868308B2 - Vacuum suction arm and collet - Google Patents
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Description
本発明は、電子部品等の微細部材を真空吸引して操作する精密加工装置の構成部材である真空吸引アーム及び真空吸引アームの先端に設けるコレットに関する。 The present invention relates to a vacuum suction arm and a collet provided at the tip of the vacuum suction arm, which are constituent members of a precision processing apparatus that vacuum-sucks and operates fine members such as electronic parts.
電子部品組立てのための実装機等の精密加工装置は、その精密加工装置の先端に被操作対象物を真空吸引するための真空ピンセット等の真空チャック機構(真空吸引アーム)を備え、真空吸引アームの内部の空洞部分を負圧にすることで被操作対象物を真空吸引し、正圧にすることで被操作対象物を脱着し、任意の箇所に装着する操作を実行することができる。真空吸引アームの先端に設けられるノズルヘッド(コレット)の先端形状は被操作対象物に適合するように精密に設計され、使用を重ねる毎に摩耗や破損が生じる消耗品である。又、扱う被操作対象物の種類によってコレット又はコレットの先端のノズルチップは適宜交換しなければならない。従って、真空吸引アームとコレットの少なくとも一方に、コレットを真空吸引アームに一時的に固定し、適宜交換するための機構を有するのが一般的である。 A precision processing device such as a mounting machine for assembling electronic parts is provided with a vacuum chuck mechanism (vacuum suction arm) such as a vacuum tweezers for vacuum suctioning an object to be operated at the tip of the precision processing device. By creating a negative pressure in the hollow portion inside the device, the object to be operated can be evacuated, and by creating a positive pressure, the object to be operated can be detached and attached to an arbitrary position. The tip shape of the nozzle head (collet) provided at the tip of the vacuum suction arm is precisely designed to fit the object to be operated, and is a consumable item that wears and breaks with each use. Further, the nozzle tip of the collet or the tip of the collet must be replaced as appropriate depending on the type of the object to be operated. Therefore, it is common that at least one of the vacuum suction arm and the collet has a mechanism for temporarily fixing the collet to the vacuum suction arm and replacing it as appropriate.
このため、真空吸引アームをなすアーム部の先端に設けられたコレット挿入孔の下部には、コレット34の上部が挿入され、このコレットの上部は、コレット取付部の側部よりねじ込まれた固定ねじによってねじ止めされる構造が提案されている(特許文献1参照。)。即ち、特許文献1に記載されたコレットは、コレット挿入孔に挿入される上部である挿入部と、この挿入部より大径の大径部と、この大径部より下方へ延出した先細りのノズルチップとにより形成されており、コレットには、上下に貫通するとともにコレット挿入孔に連通する吸着穴としての真空スルーホールが形成されている。
Therefore, the upper part of the collet 34 is inserted into the lower part of the collet insertion hole provided at the tip of the arm portion forming the vacuum suction arm, and the upper part of the collet is a fixing screw screwed from the side portion of the collet mounting portion. A structure screwed by is proposed (see Patent Document 1). That is, the collet described in
コレット挿入孔への挿入部に中心軸方向を深さ方向とするスリットを設けて弾性を付与したコレットも提案されている。このスリットは、挿入部の上端から下方に向かってU字型に切り込まれ、挿入部の形状を二股に分けたバネ状の構造を呈している。コレットの挿入部の径はコレット挿入孔の径よりわずかに大きく設計されており、コレットの挿入部がコレット挿入孔へ挿入される際に、スリットで分かれた部分がスリット側かつ中心軸側にわずかに寄ることにより径が小さくなるため、コレットがコレット挿入孔へ挿入可能となるのである。挿入後は、スリットで分かれた部分が元の形状に戻ろうとする弾性による反発力が外側に働き、コレットがコレット挿入孔へ密着して固定される。コレットの挿抜は、一定の力を加えることでワンタッチで可能という利点がある。 A collet has also been proposed in which the insertion portion into the collet insertion hole is provided with a slit whose depth direction is the central axis direction to impart elasticity. This slit is cut in a U shape downward from the upper end of the insertion portion, and has a spring-like structure in which the shape of the insertion portion is divided into two parts. The diameter of the collet insertion part is designed to be slightly larger than the diameter of the collet insertion hole, and when the collet insertion part is inserted into the collet insertion hole, the part separated by the slit is slightly on the slit side and the central axis side. Since the diameter becomes smaller by approaching, the collet can be inserted into the collet insertion hole. After insertion, the elastic repulsive force that causes the slit-separated portion to return to its original shape acts outward, and the collet is firmly fixed to the collet insertion hole. There is an advantage that the collet can be inserted and removed with one touch by applying a certain force.
しかし、この従来技術では、微少形状をなすコレットの中心軸方向を貫通する貫通孔と、更に微少形状をなす挿入部のスリットの両方を高精度に加工しなければならない。挿入部に設けられるスリットは、被操作対象物の吸脱着機能に関与する貫通孔と一部連続したものであるため、スリットの幅又はスリットの中心軸方向の長さの如何によっては、被操作対象物の吸着機能に影響を及ぼしかねない。また、精密加工装置本体への固定力の面でも問題が生じうる。よって、貫通孔とスリットの加工には繊細な精密加工技術を要し、交換部品であるコレット自体が高価となってしまう問題があった。 However, in this conventional technique, both the through hole penetrating the central axis direction of the collet having a fine shape and the slit of the insertion portion having a fine shape must be machined with high precision. Since the slit provided in the insertion portion is partially continuous with the through hole involved in the suction / detachment function of the object to be operated, it depends on the width of the slit or the length in the central axis direction of the slit. It may affect the adsorption function of the object. In addition, a problem may occur in terms of the fixing force to the main body of the precision processing apparatus. Therefore, processing of through holes and slits requires delicate precision processing technology, and there is a problem that the collet itself, which is a replacement part, becomes expensive.
本発明は上記の問題に着目してなされたものであって、先端のコレットをワンタッチで挿抜可能で、且つオーリングの圧縮割れを生じさせずにコレットの保持力を強化できる真空吸引アーム及びこの真空吸引アームの構成部材であるコレットを提供することを目的とする。 The present invention has been made by paying attention to the above problems, and is a vacuum suction arm capable of inserting and removing the collet at the tip with one touch and strengthening the holding force of the collet without causing compression cracking of the O-ring. It is an object of the present invention to provide a collet which is a component of a vacuum suction arm.
上記の目的を達成するために、本発明の第1の態様は、(a)真空吸引孔を囲む第1の筒状をなし、第1及び第2内周面溝を第1の筒状の内周面に互いに平行に離間して設けたアームシャフトと、(b)第1及び第2内周面溝にそれぞれの一部を嵌合し、それぞれの残余の一部を内周面から真空吸引孔の中心軸に向かって突出させた、第1及び第2オーリング(Oリング)と、(c)内周面の径よりも小径の外径を有する保持面によって外周面が定義された保持用凸部を先端に有し、保持用凸部に連続し、保持用凸部より小径の幅広溝を有する凹凸形状の第2の筒状をなし、幅広溝の底部に互いに平行に設けられた第1及び第2外周面溝を有するコレットを備える真空吸引アームであることを要旨とする。第1の態様に係る真空吸引アームでは、コレットの上部がアームシャフトの下部に挿入された際に、第1及び第2オーリングが第1及び第2外周面溝にそれぞれ保持される。 In order to achieve the above object, the first aspect of the present invention is (a) to form a first tubular shape surrounding the vacuum suction hole, and to form the first and second inner peripheral grooves in a first tubular shape. Arm shafts provided parallel to each other on the inner peripheral surface and (b) a part of each are fitted into the first and second inner peripheral surface grooves, and a part of each remaining part is evacuated from the inner peripheral surface. The outer peripheral surface was defined by the first and second O-rings (O-rings) protruding toward the central axis of the suction hole, and (c) a holding surface having an outer diameter smaller than the inner peripheral surface diameter. It has a convex part for holding at the tip, is continuous with the convex part for holding, has a wide groove with a diameter smaller than the convex part for holding, and has a concavo-convex second tubular shape, and is provided parallel to each other at the bottom of the wide groove. The gist is that the vacuum suction arm is provided with a collet having first and second outer peripheral groove. In the vacuum suction arm according to the first aspect, when the upper part of the collet is inserted into the lower part of the arm shaft, the first and second O-rings are held in the first and second outer peripheral surface grooves, respectively.
本発明の第2の態様は、真空吸引孔を囲む第1の筒状をなし、第1及び第2内周面溝を第1の筒状の内周面に互いに平行に離間して設けたアームシャフトに挿入される、内周面の径よりも小径の外径を有する保持面によって外周面が定義された保持用凸部を先端に有し、保持用凸部に連続し、保持用凸部より小径の幅広溝を有する凹凸形状の第2の筒状をなすコレットに関する。第2の態様に係るコレットは、幅広溝の底部に互いに平行に設けられた第1及び第2外周面溝を備えることを要旨とする。第1の態様に係る真空吸引アームと同様に、第1及び第2内周面溝に、第1及び第2オーリングのそれぞれの一部を嵌合し、それぞれの残余の一部を内周面から真空吸引孔の中心軸に向かって突出させた状態において、アームシャフトの下部にコレットの上部が挿入された際に、第1及び第2オーリングが第1及び第2外周面溝にそれぞれ保持される。 In the second aspect of the present invention, the first tubular shape surrounding the vacuum suction hole is formed, and the first and second inner peripheral surface grooves are provided on the first tubular inner peripheral surface so as to be parallel to each other. The tip has a holding convex portion whose outer peripheral surface is defined by a holding surface having an outer diameter smaller than the diameter of the inner peripheral surface, which is inserted into the arm shaft, and is continuous with the holding convex portion and has a holding convex portion. The present invention relates to a second tubular collet having an uneven shape having a wide groove having a diameter smaller than that of the portion. The gist of the collet according to the second aspect is that the collet has first and second outer peripheral surface grooves provided parallel to each other at the bottom of the wide groove. Similar to the vacuum suction arm according to the first aspect, a part of each of the first and second O-rings is fitted into the first and second inner peripheral groove, and a part of the remaining portion of each is fitted to the inner circumference. When the upper part of the collet is inserted into the lower part of the arm shaft in a state where it protrudes from the surface toward the central axis of the vacuum suction hole, the first and second O-rings are placed in the first and second outer peripheral surface grooves, respectively. Be retained.
本発明の態様によれば、先端のコレットをワンタッチで挿抜可能で、且つオーリングの圧縮割れを生じさせずにコレットの保持力を強化できる真空吸引アーム及びこの真空吸引アームの構成部材であるコレットを提供することができる。 According to the aspect of the present invention, a vacuum suction arm capable of inserting and removing the collet at the tip with one touch and strengthening the holding force of the collet without causing compression cracking of the O-ring, and a collet which is a component of the vacuum suction arm. Can be provided.
以下において、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部材の大きさの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚み、寸法、大きさ等は以下の説明から理解できる技術的思想の趣旨を参酌してより多様に判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings below, the same or similar parts are designated by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the plane dimensions, the ratio of the sizes of each member, etc. are different from the actual ones. Therefore, the specific thickness, dimensions, size, etc. should be judged more diversely in consideration of the purpose of the technical idea that can be understood from the following explanation. In addition, it goes without saying that the drawings include parts having different dimensional relationships and ratios from each other.
又、以下に示す本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、本発明の実施形態で記載された内容に限定されず、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。 Further, the embodiments of the present invention shown below exemplify an apparatus for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is the material, shape, structure, and the like of the component parts. The arrangement etc. is not specified to the following. The technical idea of the present invention is not limited to the contents described in the embodiments of the present invention, and various modifications can be made within the technical scope specified by the claims described in the claims. ..
(実施形態)
図1(a)及び(b)に示すように。本発明の実施形態に係る真空吸引アームは、第1の筒状をなすアームシャフト11と、アームシャフト11の筒軸方向を貫通する真空吸引孔13の下部に、上部の挿入部を挿入したコレット31を備える。図1(c)に示すようにアームシャフト11の内壁の下部には、リング状の第1内周面溝(外径側リング溝)15及び第2内周面溝(外径側リング溝)17が円筒溝が互いに平行に刻まれている。第1内周面溝15及び第2内周面溝17のそれぞれには、弾性体からなる第1オーリング(Oリング)21及び第2オーリング23が配置されている。図1(c)では第1内周面溝15及び第2内周面溝17は角溝として例示されているが、第1オーリング21及び第2オーリング23の飛び出し防止の効果のあるアリ溝で、第1内周面溝15及び第2内周面溝17を構成してもよい。又図1(c)では図示を省略しているが、第1内周面溝15及び第2内周面溝17の角部にはR面取り加工(彎曲面加工)がされてよいことは勿論である。(Embodiment)
As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). The vacuum suction arm according to the embodiment of the present invention is a collet in which an upper insertion portion is inserted into a first
図1(c)に示すように、コレット31は中心軸方向を貫通する貫通孔33を有する中空筒状である。図1(c)に示すように、コレット31には上部の挿入部の外周面を囲むように幅広溝35が設けられている。幅広溝35の幅については、アームシャフト11にコレット31の挿入部が挿入されている状態において、幅広溝35内に第1オーリング21及び第2オーリング23が収まる程度であればよい。幅広溝35より下部の挿入部の外周面にはストッパー37が設けられている。ストッパー37はリング状の保持用凸部であり、コレット31の挿入部より大径の大径部を構成している。大径部であるストッパー37は、アームシャフト11へのコレット31の挿入部の挿入の際に、アームシャフト11の下端の開口部の内縁部分に設けられたストッパー受け部19に緩衝され、保持される。ストッパー37は挿入の際のコレット31の挿入部の挿入深度を決める機能を有する。図1(c)においては、ストッパー37及びストッパー受け部19は連続した一様のリング状であるが、回転位置を決める機能をさらに持たせるために、コレット31及びアームシャフト11の円周上の一部に断続的に設けることも可能である。
As shown in FIG. 1 (c), the
図5には、真空吸引孔13の内周面の径よりも小径の第2の筒状をなす参考例に係るコレット31が示されている。参考例に係るコレット31の上部の挿入部の外周面には、リング状に第1内径側リング溝(第1外周面溝)OG12及び第2内径側リング溝(第2外周面溝)OG11が互いに平行に設けられている。図2は、図5に示したコレット31の第1外周面溝OG12に対応する部分の拡大図を示す。一般に、ロッドシールの場合は、アームシャフト11の内壁に第1内周面溝15及び第2内周面溝17のみが円筒溝として設けられ、ピストンシールの場合は、コレット31の外周面には、第1外周面溝OG12及び第2外周面溝OG11のみが円筒溝として設けられる。しかし実施形態に係る真空吸引アームにおいては、アームシャフト11の第1内周面溝15に対向してコレット31の外周面に第1外周面溝OG12が設けられ、アームシャフト11の第2内周面溝17に対向して第2外周面溝OG11が円筒溝として設けられている点が特徴である。FIG. 5 shows a
図1(c)においては、第1内周面溝15には第1オーリング21が嵌合され、第2リング17には第2オーリング23が嵌合されている。第1オーリング21及び第2オーリング23は、それぞれ中身の詰まったトーラス(torus) であるトーラス体であり、図1(c)に示した円形の断面を回転した形状である。第1オーリング21の一部は第1内周面溝15から突出し、アームシャフト11の内周面の位置から真空吸引孔13の中心軸に向かう湾曲した保持用凸部を構成している。同様に、第2オーリング23の一部は第2内周面溝17から突出し、アームシャフト11の内周面の位置から真空吸引孔13の中心軸に向かう湾曲した保持用凸部を構成している。図1(c)の断面図においては、第1内周面溝15及び第2内周面溝17の形状はコの字型であるが、第1オーリング21及び第2オーリング23をそれぞれ嵌合できるのであれば、U字型やV字型等の他の形状でも構わない。アームシャフト11及び第1オーリング21、第2オーリング23でコレット保持部(11,21,23)を構成する。
In FIG. 1 (c), the first O-
図2において、d0は、第1外周面溝OG22及び第2外周面溝OG21の最底面におけるコレット31の最小直径でありd1は幅広溝35において第1外周面溝OG12がない面におけるコレット31の直径である。図2において、ガイド部外径d3は幅広溝35のない保持面S2でのコレット31の直径を示す。保持面S2は、第1外周面溝OG12のV溝の斜面を構成し保持面S2に連続する保持傾斜面S3と、保持傾斜面S3とに対向して保持面S2に連続する挿入傾斜面S1によって囲まれている。In FIG. 2, d 0 is the minimum diameter of the
アームシャフト11の第1内周面溝15に固定された第1オーリング21及び第2内周面溝17に固定された第2オーリング23に対し、コレット31を挿入する際の挿入圧力を小さくするためには、挿入傾斜面S1と貫通孔33の内壁面S4とがなす挿入角θiを22〜33°の範囲、特に24.5〜25.5°の範囲に選ぶことが好ましい。挿入角θiは、アームシャフト11にコレット31を挿入する際の、第1オーリング21及び第2オーリング23にコレット31の先端を挿入する案内角に相当する面取り角である。The insertion pressure when the
実施形態に係る真空吸引アームにおいて、第1オーリング21及び第2オーリング23は単なる真空シール等の密封性を保つ目的ではなく、アームシャフト11にコレット31を保持する保持力を得た上で、挿抜耐久性と挿抜の容易性を目的としているので、コレット31が挿入されない状態の第1オーリング21及び第2オーリング23の内径に対してコレット31の第1外周面溝OG22及び第2外周面溝OG21の最小直径d0を大きくし、第1オーリング21のつぶし率ε1及び第2オーリング23のつぶし率ε2がそれぞれ17〜19%に選定されている。In the vacuum suction arm according to the embodiment, the first O-
第1オーリング21及び第2オーリング23のつぶし率ε1,ε2は、第1オーリング21及び第2オーリング23の硬さ(硬度)にも依存するが、硬さ(デュロメータ硬さ)が70〜90度であれば、15〜25%に設定される。なお、第1オーリング21のつぶし率ε1は、第1オーリング21のつぶし代δ1を第1オーリング21線径(太さ)D1で除した値である:
ε1=δ1/D1 ×100 ……(1)
同様に、第2オーリング23のつぶし率ε2は、第2オーリング23のつぶし代δ2を第2オーリング23の線径D2で除した値である:
ε2=δ2/D2 ×100 ……(2)
図9に示すように、フッ素系ゴム系のオーリングの場合、つぶし率ε1,ε2を30%以上に設定すると、アームシャフト11へのコレット31の挿入が困難になる。The crushing rates ε 1 and ε 2 of the first O-
ε 1 = δ 1 / D 1 × 100 …… (1)
Similarly, the crushing rate ε 2 of the second O-
ε 2 = δ 2 / D 2 × 100 …… (2)
As shown in FIG. 9, in the case of a fluorine-based rubber-based O-ring, if the crushing rates ε 1 and ε 2 are set to 30% or more, it becomes difficult to insert the
フッ素系ゴム系のオーリングの場合、単に密封性を保つ目的であれば8%程度のつぶし代でよい。本発明者らは、試行錯誤の結果、図9に示すように、オーリングのつぶし率30%を超えると、アームシャフト11にコレット31を挿入する際の組み付け性が悪くなるという知見を得た。更に種々の実験の結果、図1に示したような構成でつぶし率が41%を超えると、図9に示したようにオーリングの圧縮割を生じオーリングが破損するという知見を得た。よって、本発明者らは図9に示した知見から、オーリングの圧縮永久歪を極力少なくし、アームシャフト11にコレット31を挿入する際の組み付け性を確保するために、図1に示したような構造における第1オーリング21のつぶし率ε1及び第2オーリング23のつぶし率ε2を、それぞれ17〜19%に選定した。In the case of a fluorine-based rubber-based O-ring, a crushing allowance of about 8% is sufficient for the purpose of simply maintaining the sealing property. As a result of trial and error, the present inventors have found that when the O-ring crushing rate exceeds 30%, the assembling property when inserting the
一般のロッドシールやピストンシールの設計では挿入角θiが15〜30°の範囲に選ぶことが推奨されている。実施形態に係る真空吸引アームにおいては、アームシャフト15に固定された第1オーリング21及び第2オーリング23に対し、コレット31を挿入を容易にするため、コレット31の先端の最小径は、第1外周面溝OG22等の最小直径d0よりも小さくしている。上述したとおり、オーリングのつぶし率ε1=ε2を、17〜19%に選定しているため、実施形態に係る真空吸引アームにおいては、挿入角θiを24.5〜25.5°の範囲に選ぶことにより、面取り面である挿入傾斜面S1が良好な靴べら(案内面)の役割を果たすことができる。In general rod seal and piston seal designs, it is recommended that the insertion angle θ i be selected in the range of 15 to 30 °. In the vacuum suction arm according to the embodiment, the minimum diameter of the tip of the
実施形態に係る真空吸引アームは、アームシャフト11にコレット31を挿入する挿抜耐久性と挿抜の容易性を得ることを目的としているので、コレット31の保持面S2の長さである保持長Lh1は第1オーリング21の線径D1及び第2オーリング23の線径D2のそれぞれの1/3から1/4に選定している。例えば第1オーリング21の線径D1が1mmであれば、保持長Lh1は02.25mmに選定できる。保持長Lh1がオーリングの線径D1,D2の1/3より大きくなると、アームシャフト11にコレット31を挿入し、抜き取る挿抜が困難になり、オーリングの挿抜耐久性が悪くなる。一方、保持長Lh1がオーリングの線径D1,D2の1/4より小さくなると、アームシャフト11にコレット31を挿入した際の所望の保持力が実現できなくなる。Since the purpose of the vacuum suction arm according to the embodiment is to obtain insertion / extraction durability and ease of insertion / removal for inserting the
オーリングの挿抜耐久性と、アームシャフト11に対するコレット31の挿抜容易性を達成し、且つアームシャフト11にコレット31を挿入した際の所望の保持力を実現するためには、図2に示した保持傾斜面S3と貫通孔33の内壁面S4とがなす保持角θhを42〜48°の範囲、特に44〜46°の範囲に選ぶことが好ましい。保持角θhが42°より小さくなると、アームシャフト11にコレット31を挿入した際の所望の保持力が達成できなくなる。一方、保持角θhが48°より大きくなると、アームシャフト11にコレット31を挿入し抜き取る挿抜容易性が困難になり、オーリングの挿抜耐久性が悪くなる。FIG. 2 is shown in order to achieve the insertion / removal durability of the O-ring, the ease of insertion / removal of the
図1(a)及び(b)に示すように実施形態に係る真空吸引アームにおいて、コレット31の下部側には先端の外径形状が円錐状で中空のノズルチップを備えている。ノズルチップの内部には、先端から上方に向かい、コレット31を貫通する貫通孔33が真空吸引孔13に連続するように設けられている。アームシャフト11の下部が「コレット挿入孔」として機能している。コレット31の上部の挿入部がアームシャフト11の下部に挿入された際には、第1オーリング21及び第2オーリング23が第1外周面溝OG12及び第2外周面溝OG11にそれぞれ保持され、所望の保持力が達成される。As shown in FIGS. 1A and 1B, in the vacuum suction arm according to the embodiment, a nozzle tip having a conical outer diameter and a hollow tip is provided on the lower side of the
図1(a)及び(b)に示すように、アームシャフト11の上端には、真空吸引孔13に連続する真空配管用継手(アダプタ)51が固定されている。アームシャフト11にコレット31の上部の挿入部が挿入されている状態で、アダプタ51を通して真空ポンプで空気を吸引されることで、真空吸引孔13及び貫通孔33が負圧となり、コレット31の先端部分で電子部品が吸着される仕組みである。電子部品が吸着された状態で真空吸引孔13及び貫通孔33を正圧にすると、吸着されていた電子部品はコレット31の先端部分から脱着する。
As shown in FIGS. 1A and 1B, a vacuum piping joint (adapter) 51 continuous with the
図1(c)に示したアームシャフト11に設けられている第1内周面溝15及び第2内周面溝17の溝の深さは、図4に示すようにそれぞれt12及びt11であり、溝の幅はそれぞれW12及びW11である。図1(c)に示すように、第1内周面溝15及び第2内周面溝17にはそれぞれ第1オーリング21及び第2オーリング23が嵌合されている。第1オーリング21が適切に機能を発揮する為には、第1内周面溝15の溝の深さt12及び幅W12は、第1オーリング21のつぶし率ε1=17〜19%及び挿入圧力を勘案した第1オーリング21のつぶし代δ1と、つぶし代δ1に対する適正な逃げ代が確保された寸法に設計される。同様に、第2オーリング23が適切に機能を発揮する為には、第2内周面溝17の溝の深さt11及び幅W11は、第2オーリング23のつぶし率ε2=17〜19%及び挿入圧力を勘案した第2オーリング23のつぶし代δ2と、つぶし代δ2に対する適正な逃げ代が確保された寸法に設計される。更に、第1内周面溝15に対向するコレット31の外周面の第1外周面溝OG12、第2内周面溝17に対向する第2外周面溝OG11の溝の底で測られるコレット31の最小直径d0が選定される。アームシャフト11に設けられている第1内周面溝15及び第2内周面溝17の溝の底の深さは、第1オーリング21及び第2オーリング23の外径張り率が0〜3%となるように選ばれる。The depths of the first inner
以上のとおり、実施形態に係る真空吸引アームにおいては、アームシャフト11へのコレット31の挿入の際に、コレット31の挿入動作を妨げず、かつ、第1内周面溝15及び第2内周面溝17から第1オーリング21及び第2オーリング23が外れないような溝の深さt12,t11及び幅W12,W11に調整されている。As described above, in the vacuum suction arm according to the embodiment, when the
第1オーリング21及び第2オーリング23の幅W12,W11は、第1オーリング21及び第2オーリング23のデュロメータ硬さが70〜90度程度であれば、第1オーリング21及び第2オーリング23の充填率n1,n2が70〜80%になるように設定される。なお、第1オーリング21のつぶし率n1は、第1オーリング21のつぶし代δ1、線径D1を用いて:
n1=πD1 2/(4W12(D1−δ1))×100 ……(3)
と表される。同様に、第2オーリング23のつぶし率n2は、第2オーリング23のつぶし代δ2、線径D2を用いて:
n2=πD2 2/(4W11(D2−δ2))×100 ……(4)
となる。The widths W 12 and W 11 of the first O-
n 1 = πD 1 2 / (4W 12 (D 1 − δ 1 )) × 100 …… (3)
It is expressed as. Similarly, the crushing rate n 2 of the second O-
n 2 = πD 2 2 / (4W 11 (D 2- δ 2 )) × 100 …… (4)
Will be.
図1(c)において、コレット31の最小直径d0は、第1オーリング21及び第2オーリング23の内径張り率が1〜5%となるように選ばれるが、この最小直径d0の値は、第1オーリング21及び第2オーリング23の固定時のつぶし代δ1,δ2を考慮した内径又は、第1オーリング21及び第2オーリング23の固定時のつぶし代δ1,δ2を考慮した内径に一定の遊び径Δを付加した値となる。In FIG. 1 (c), the minimum diameter d 0 of the
図3及び図5に示す参考例に係る真空吸引アームにおいては、d1を幅広溝35において第1外周面溝OG12及び第2外周面溝OG11がない面におけるコレット31の直径として、ガイド部外径d3=d1としている。ガイド部外径d3を幅広溝35の第1外周面溝OG12及び第2外周面溝OG11がない面の直径と等しくした場合は、挿入が容易になるが、アームシャフト11にコレット31を挿入した際の所望の保持力が実現できなくなるので好ましくない。In the vacuum suction arm according to the reference example shown in FIGS. 3 and 5, d 1 is guided as the diameter of the
このため、図1(c)に示す実施形態に係る真空吸引アームのように、ガイド部外径d3>d1として、中心軸から遠心方向の保持用凸部の上面として保持面S2を存在させて、アームシャフト11にコレット31の挿入部の挿入された状態での固定力を強化する構造が好ましい。第1外周面溝OG12及び第2外周面溝OG11の筒軸方向の位置は、アームシャフトへのコレット31の挿入部の挿入の際に、アームシャフトの第1及び第2オーリングがそれぞれ保持され固定される位置であればよい。幅広溝35及び第1外周面溝OG12、第2外周面溝OG11がコレット31の挿入部の外周面に刻まれていることで、筒軸方向に沿った第1オーリング21及び第2オーリング23の相対的位置が精度良く決定される。図5においては第1外周面溝OG12及び第2外周面溝OG11は断面が保持角θhを42〜48°の範囲となるV字型であることが好ましく、第1外周面溝OG12及び第2外周面溝OG11の断面形状が、図7及び図10に示す比較例のような、保持傾斜面S3pと貫通孔33の内壁面S4とがなす保持角θhpが90°となるU字型やコの字型の場合は、コレット31のアームシャフト11に対する挿抜容易性が困難になり、オーリングの挿抜耐久性が悪くなるので好ましくない。図10に示す比較例に係るコレット31の通常の設計では、オーリングのつぶし率ε1,ε2を17〜19%より小さく設定する。このため、比較例に係るコレット31では、オーリングの内径が図2に示した場合より大きくでき、コレット31の挿入傾斜面S1pと貫通孔33の内壁面S4とがなす挿入角θipを15°程度として、図2に示した挿入角θiをよりも小さくするのが一般的である。Therefore, as in the vacuum suction arm according to the embodiment shown in FIG. 1 (c), the holding surface S 2 is set as the upper surface of the holding convex portion in the centrifugal direction from the central axis with the guide portion outer diameter d 3 > d 1. It is preferable to have a structure in which the
(コレットの挿入動作)
図1(c)、図2及び図4等を用いてアームシャフト11へのコレット31の挿入部の挿入動作を説明する。アームシャフト11へのコレット31の挿入部の挿入の際には、まずアームシャフト11の第2内周面溝17に嵌合された第2オーリング23にコレット31の先端の挿入傾斜面S1が接触し、次いでの挿入傾斜面S1に連続する保持用凸部上面である保持面S2が接触する。ガイド部外径d3の保持用凸部上面である保持面S2が第2オーリング23からのアームシャフト11の中心軸に向けた押圧を受け続けながら、コレット31の挿入部の挿入が進み、コレット31の保持面S2が第2オーリング23との接触から解放されると、第2オーリング23はコレット31の幅広溝35と接触することになる。(Collet insertion operation)
The operation of inserting the
次に、コレット31の保持用凸部上面である保持面S2が第1内周面溝15に嵌合された第1オーリング21と接触すると、第2オーリング23との接触の場合と同様、第1オーリング21からのアームシャフト11の中心軸に向けた押圧を保持面S2が受けることになる。挿入動作が進み、第1オーリング21とガイド部外径d3の保持面S2との接触が解放されると、第1オーリング21は幅広溝35の保持傾斜面S3と接触することになる。コレット31に設けられたストッパー37が、アームシャフト11に設けられたストッパー受け部19に保持する位置で、以降の挿入は進まなくなる。この位置においては、第1オーリング21は第1外周面溝OG12に保持し、第1外周面溝OG12は第1オーリング21からのアームシャフト11の中心軸に向けた押圧を受けることになる。このとき、第2オーリング23は第2外周面溝OG11に保持され、第2外周面溝OG11は第2オーリング23からのアームシャフト11の中心軸に向けた押圧を受ける。 Next, when the holding surface S 2 which is the upper surface of the holding convex portion of the
第1オーリング21のつぶし率ε1と第2オーリング23のつぶし率ε2を異なるようにし、図4に示した第1内周面溝15の溝の深t12に対する、第2内周面溝17の溝の深さt11を、
t12 <t11 ……(5)
とすることにより、コレット31の挿入部のアームシャフト11への挿入圧力を小さくすることができる。或いは、図4に示した第1内周面溝15の溝の幅W12を第2内周面溝17の溝の幅W11に対し、
W12 < W11 ……(6)
とすることにより、コレット31の挿入部のアームシャフト11への挿入圧力を小さくすることができる。Compression rate of the first O-
t 12 <t 11 …… (5)
Therefore, the insertion pressure of the insertion portion of the
W 12 <W 11 …… (6)
Therefore, the insertion pressure of the insertion portion of the
又、第1オーリング21の充填率n1を第2オーリング23の充填率n2より大きくして、コレット31の挿入部のアームシャフト11への挿入圧力を小さくすることも可能である。即ち:
n1 > n2 ……(7)
となるように、式(3)、(4)に記載した第1オーリング21のつぶし代δ1及び線径D1、並びに第2オーリング23のつぶし代δ2及び線径D2等を調整しても良い。いずれにせよ、コレット31の挿入部のアームシャフト11への挿入動作は、以上の説明の通りワンタッチで行うことができる。コレット31のアームシャフト11からの抜去動作については、挿入動作と逆の仕組みでワンタッチで行うことができる。It is also possible to make the filling factor n 1 of the first O-ring 21 larger than the filling factor n 2 of the second O-
n 1 > n 2 …… (7)
The crushing allowance δ 1 and the wire diameter D 1 of the first O-ring 21 and the crushing allowance δ 2 and the wire diameter D 2 of the second O-
上述したとおり、コレット31の上部の直径d3>d1としてあり、中心軸から遠心方向に保持長Lh1の保持用凸部を、オーリングの線径D1,D2の1/3から1/4に選定して存在させているので、コレット31の挿入部をアームシャフト11に挿入する際の挿入圧力が、挿入に適度な大きさになる。そして、図1(c)に示すように、コレット31の挿入部に設けられたガイド部外径d3の保持用凸部上面である保持面S2が第2オーリング23との接触以降のスムーズな挿入動作を実現するためのガイドとして機能する。そして、保持面S2と保持面S2に連続する保持面S2で段差形状を定義された直径d1の幅広溝35は、保持長Lh1の保持面S2が第2オーリング23とコレット31の接触以降のスムーズな挿入動作を実現する。直径d1の幅広溝35がなければ、コレット31の挿入動作において、第1外周面溝OG12と第2オーリング23との保持以降、ガイド部外径d3である外周面が第2オーリング23に接触し続けることになり、直径がd1の場合と比較し、より大きい押圧を第2オーリング23から受けることになり、挿入動作がスムーズに進まないためである。幅広溝35は、同様の理由で、コレット31のスムーズな抜去動作を実現するために重要である。As described above, the diameter d 3 > d 1 of the upper part of the collet 31 is set, and the holding convex portion having the holding length L h1 in the centrifugal direction from the central axis is formed from 1/3 of the O-ring wire diameters D 1 and D 2. Since it is selected to exist in 1/4, the insertion pressure when the insertion portion of the
(比較例)
図6及び図7を用いて、本発明の実施形態の比較例に係る真空吸引アームを説明する。図6におけるアームシャフト11の第1内周面溝15及び第2内周面溝17の深さはそれぞれt22及びt21であり、図4におけるアームシャフト11より浅い:
t12 > t22 ……(8)
t11 > t21 ……(9)
同じ呼び径の第1及び第2オーリングを用いる場合、図4の場合と比較し、真空吸引孔13の径が大きくなった構造に相当する。図6に示す構造では第1オーリング21及び第2オーリング23の内径側が、図1(c)に示した構造に比して、真空吸引孔13の中心軸方向により大きく突出することになる。(Comparison example)
A vacuum suction arm according to a comparative example of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7. The depths of the first inner
t 12 > t 22 …… (8)
t 11 > t 21 …… (9)
When the first and second O-rings having the same nominal diameter are used, it corresponds to a structure in which the diameter of the
図7に示した比較例に係る真空吸引アームのコレット31の構造は、保持角θhpが90°となるU字型の溝を有しており、更に、図1(c)に例示した実施形態に係る真空吸引アームのコレット31のように、幅広溝35を有していない。図7におけるd0は、第1外周面溝OG22及び第2外周面溝OG21の最底面におけるコレット31の最小直径であり、第1オーリング21及び第2オーリング23の固定時のつぶし代δ1,δ2を考慮した内径に対応する値であるので、図2に示した最小直径d0と同一になる。図7における挿入部外径d2は、コレット31の挿入部の第1内径側リング溝OG22及び第2内径側リング溝OG21がない外周面における直径であり、図2における幅広溝径(挿入部外径)d1より大きいが、コレット31の上部の直径d3とより小さい:
d3>d2>d1 ……(10)
The structure of the
d 3 > d 2 > d 1 …… (10)
第1内径側リング溝OG22及び第2内径側リング溝OG21溝の深さtは:
tinner=(d2−d0)/2 ……(11)
で与えられるが、tinnerの値はアームシャフト11側に設けられる第1内周面溝15又は第2内周面溝17の深さt22,t21と、第1オーリング21又は第2オーリング23の固定時のつぶし代δ1,δ2を考慮して決められる。挿入部外径d2を有する挿入部の外周面は、コレット31の挿入部の挿入時において第1オーリング21及び第2オーリング23と接する面積が最も広い部分である。図7においては、図2におけるガイド部外径d3の保持用凸部は存在しない。図2に示したものと同じ第1オーリング21及び第2オーリング23を用いる場合、図7においては、図2において第1オーリング21及び第2オーリング23と接する面積が最も広い外周面の挿入部外径d1より挿入部外径d2が大きいため、第1オーリング21及び第2オーリング23が第1内周面溝15及び第2内周面溝17からより外れやすいという問題が生じる。また、図2におけるガイド部外径d3の保持用凸部に相当する部分がないため、たとえコレット31を挿入できたとしても抜けやすくなるという問題も生じる。The depth t of the first inner diameter side ring groove OG 22 and the second inner diameter side ring groove OG 21 groove is:
t inner = (d 2- d 0 ) / 2 …… (11)
The value of t inner is the depth t 22 , t 21 of the first inner
図1(b)及び(c)における第1オーリング21及び第2オーリング23の素材は、フッ素樹脂を部分的にあるいは全体的に原料として使用したフッ素系ゴムが、JIS規格(JISK6253)が定めるタイプAデュロメータの押し込み硬さ(硬度)が70〜90度と適度に硬い上、加工性が高く、表面の摩擦係数が小さいという点で特に好ましい。オーリングに用いられる他の材料、例えば天然ゴムでもやポリブタジエン系、ニトリル系、クロロプレン系等の合成ゴムでもよいが、フッ素系ゴム以外の素材の第1オーリング21及び第2オーリング23を用いる場合は、挿入角θi、保持角θh及び保持長Lh1の等の設定範囲が狭くなる。又、フッ素系ゴム以外の素材を用いる場合は、一般にコレット31がアームシャフト11に挿入された状態での固定力が十分に得られない傾向になるので、好ましくない。コレット31がアームシャフト11に挿入された状態での固定力の低下を問わない場合であれば、使用や加工に耐えうる強度やゴム弾性があれば、第1オーリング21及び第2オーリング23の素材はいずれでも構わない。The materials of the first O-
図1(a)及び(b)、(c)におけるアームシャフト11及びコレット31の素材は主に金属であるが、使用や加工に耐えうるような強度があるのであれば、例えばガラス繊維や炭素繊維等を加えた繊維強化プラスチック(FRP)や、内部に金属素材を有し、周りにプラスチックを射出成形した複合素材等でも構わない。
The materials of the
アームシャフト11にオーリングを用いてコレット31を保持する場合、保持力を高めることと、コレット31の挿抜の容易性は二律背反の関係にある。又、コレット31をアームシャフト11に保持する保持力とオーリングの挿抜耐久性とは二律背反の関係にある。図1、図2及び図4に示したように、実施形態に係る真空吸引アームはコレット31の挿抜が低い挿入圧力で実現できるので、コレット31をワンタッチでアームシャフト11に挿抜可能で、しかも、コレット31をアームシャフト11に保持する保持力を所望の値に高めることができる。その上、真空吸引アームの構成部材であり、交換部材であるコレット31は外周面を加工するだけでよく、貫通孔13への影響はほとんどなく、オーリングの挿抜耐久性も高い。よって、コレット31の加工は旋盤等を用いることで容易であり、そのために安価かつ耐久性の高い真空吸引アームが実現可能である。
When the
(その他の実施形態)
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。(Other embodiments)
Although the present invention has been described in accordance with the above embodiments, the statements and drawings that form part of this disclosure should not be understood as limiting the invention. Various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art from this disclosure.
又、上記の実施形態で説明した個別の技術的思想の一部を適宜、互いに組み合わせることも可能である。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当と解釈しうる、特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 It is also possible to appropriately combine some of the individual technical ideas described in the above embodiments with each other. As described above, it goes without saying that the present invention includes various embodiments not described here. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the matters specifying the invention relating to the claims, which can be interpreted as appropriate from the above description.
11…アームシャフト
13…真空吸引孔13
15…第1内周面溝
17…第2内周面溝
19…ストッパー受け部
21…第1オーリング(Oリング)
23…第2オーリング(Oリング)
31…コレット
33…貫通孔
35…幅広溝
37…ストッパー
51…真空配管用継手(アダプタ)
OG11…第2外周面溝
OG12…第1外周面溝
OG21…第2内径側リング溝
OG22…第1内径側リング溝11 ...
15 ... 1st inner
23 ... 2nd O-ring (O-ring)
31 ...
OG 11 ... Second outer peripheral groove OG 12 ... First outer peripheral groove OG 21 ... Second inner diameter side ring groove OG 22 ... First inner diameter side ring groove
Claims (2)
前記第1及び第2内周面溝にそれぞれの一部を嵌合し、それぞれの残余の一部を前記内周面から前記真空吸引孔の中心軸に向かって突出させた、第1及び第2オーリングと、
前記内周面の径よりも小径の外径を有する保持面によって外周面が定義された保持用凸部を先端に有し、前記保持用凸部に連続し、前記保持用凸部より小径の幅広溝を有する凹凸形状の第2の筒状をなし、前記幅広溝の底部に互いに平行に設けられた第1及び第2外周面溝を有するコレットと、
を備え、前記上部が前記アームシャフトの下部に挿入された際に、前記第1及び第2オーリングが前記第1及び第2外周面溝にそれぞれ保持されることを特徴とする真空吸引アーム。An arm shaft having a first tubular shape surrounding the vacuum suction hole and having first and second inner peripheral grooves provided parallel to each other on the first tubular inner peripheral surface.
A part of each is fitted into the first and second inner peripheral surface grooves, and a part of each remaining portion is projected from the inner peripheral surface toward the central axis of the vacuum suction hole. 2 O-rings and
The tip has a holding convex portion whose outer peripheral surface is defined by a holding surface having an outer diameter smaller than the diameter of the inner peripheral surface, and is continuous with the holding convex portion and has a diameter smaller than that of the holding convex portion. A collet having a concavo-convex second tubular shape having a wide groove and having first and second outer peripheral groove grooves provided parallel to each other at the bottom of the wide groove.
The vacuum suction arm is characterized in that, when the upper portion is inserted into the lower portion of the arm shaft, the first and second O-rings are held in the first and second outer peripheral surface grooves, respectively.
前記幅広溝の底部に互いに平行に設けられた第1及び第2外周面溝を備え、
前記第1及び第2内周面溝に、第1及び第2オーリングのそれぞれの一部を嵌合し、それぞれの残余の一部を前記内周面から前記真空吸引孔の中心軸に向かって突出させた状態において、前記アームシャフトの下部に前記上部が挿入された際に、前記第1及び第2オーリングが前記第1及び第2外周面溝にそれぞれ保持されることを特徴とするコレット。The first tubular shape surrounding the vacuum suction hole, and the first and second inner peripheral surface grooves are inserted into an arm shaft provided on the first tubular inner peripheral surface so as to be parallel to each other. The tip has a holding convex portion whose outer peripheral surface is defined by a holding surface having an outer diameter smaller than the diameter of the inner peripheral surface, is continuous with the holding convex portion, and has a wider diameter than the holding convex portion. A collet having a grooved, concave-convex shape and a second tubular shape.
The bottom of the wide groove is provided with first and second outer peripheral grooves provided parallel to each other.
A part of each of the first and second O-rings is fitted into the first and second inner peripheral surface grooves, and a part of each remaining portion is directed from the inner peripheral surface toward the central axis of the vacuum suction hole. When the upper portion is inserted into the lower portion of the arm shaft in the protruding state, the first and second O-rings are held in the first and second outer peripheral surface grooves, respectively. Collet.
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