JPH02232189A - センタリングチャック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野Ｊ 本発明はセンタリングチャックに関する．【従来の技術
］ 従来の組立機においては、ロボット等のハンドとしてと
りつけられたチャックが部品をつかみ、ロボット等によ
って移動させられ組み立て作業をするものであり、チャ
ックは部品と組立機とのインターフェイスの役割をにな
っており、チャックがうまく作動し、期待された機能を
はたすがどうかで組立機の成否が左右されるといっても
過言ではない。したがって、技術者は把持すべき対象と
なる部品をより理想的に把持できるチャックの追求をお
こなってきた．チャックには、機械的な動作で部品を把
持するメカニカルチャック、真空を利用するバキューム
チャック、磁力を利用するマグネチックチャック、等い
ろいろなバリエーションがあり部品に応じて使いわけて
いる。なかでも種類の多いものがメカニカルチャックで
あり、本発明もメカニカルチャックに関するものである
。 以下メカニカルチャックについて説明する．■産業技術
サービスセンター発行の最新部品供給技術総覧を参考に
した．第６図にメカニカルチャックの基本的モデルを図
示する。図はメカニカルチャックを構成する要素を抽象
化してわかりやすく図示したもので、動作に直接関与し
ない部分に関しては省略してある．（ｌ）は移動支点で
あり、ビニオン、リンクビンジョイント等である．（２
）は回転軸支点である。（３）は把持される部品に直接
あたるフィンガの爪の部分であり、部品を把持する点を
示す．　（４）はコイルバネで引張りタイブを示す。（
５）は駆動動力をあらわし、空圧機器、電動機器等であ
る．（６）はラックである．（７）はフインガ爪（３）
が、部品を把持するときの駆動動力（５）の出力の方向
を示す．　（８）はレバー等であり回転軸支点（２）の
まわりに揺動運動する。（９）はテーパカムである．第
６図の（ａ）においては、駆動動力（５）が方向（７）
に出力すると、テーバカム（９）が方向（７）に移動し
、テーバカム（９）のテーバ部が移動支点（１）を左右
に押し、レバー（８）は回転釉支点（２）のまわりに回
転し、爪（３）は閉じる．爪（３）のあいだに部品があ
れば把持できる．第６図の（ｂ）においては、移動支点
（１）がリンクをつなぐビンジョイント部であり駆動動
力（５）が方向（７）に出力すると、移動支点（１）は
方向（７）に移動し、レバー（８）が回転軸支点（２）
のまわりに回転し、左右のレバー（８）は閉じる。爪（
３）のあいだに部品があれば把持できる。第６図の（Ｃ
）は、（ｂ）の変形であり特に説明しない。第６図の（
ｄ）においては、駆動動力（５）が方向（７）に出力す
ると、ラック（６）が方向（７）に移動し、回転軸支点
も兼ねた移動支点（１）の右ビニオンを時計方向に回転
させ、左ビニオンを反時計方向に回転させる。右と左の
レバー（８）は、それぞれ右と左のビニオンに連結され
ているので、レバー（８）の爪（３）゛は閉じ、そのあ
いだに部品があれば把持できる。 第６図の（ｅ）は、（ｄ）の変形であり特に説明しない
。現在のメカニカルチャックは第６図の（ａ）、（ｂ）
、　（ｄ）が基本となっている。第６図の（ａ）をテー
パカム型メカニカルチャック、（ｂ）　　・　（Ｃ）を
リンク型メカニカルチャック、（ｄ）　　・　（ｅ）を
ラックビニオン型メカニカルチャックと呼ぶこととする
。上記三種類のメカニカルチャックには第６図に示した
ごとく、左右レバー（８）が対称に配置され対称に動作
することにより、センタリング機能を有するという共通
の特徴がある．センタリング機能とは、メカニカルチャ
ックが、たとえば球形部品をつかんだときに、球形部品
の径が変化しても、球形部品の中心をメカニカルチャッ
クに対して相対的に同じ位置に保つ機能である。センタ
リング機能は組立機にとって重要である。第２図を使用
して説明する．第２図はセンタリング機能の重要性を説
明するための断面図である。　（１０）はメカニカルチ
ャックによって把持される部品で円筒形をしており、外
径と同心の（ｌ１）の穴があいている。（１２）は部品
で（１３）は部品（１２）より突き出している軸であり
、穴（ｌ１）よりわずかに細い。（ｌ４）はメカニカル
チャックの爪であり、前記の三種類のどれかの爪の部品
のみ図示してある．さて、部品（】０）の穴（ｌ１）を
部品（ｌ２）の軸（１３）にはめる作業を考える。穴（
１１）が軸（１３）にうまくはまるためには、（１７）
で示した穴（ｌ７）と軸（１３）の中心線がほぼ一致し
ていることが必要である。部品（１０）の外径は、穴（
ｌ１）と同心に（１５）で示した径変化（部品ごとの径
のバラツキ）があるとする。メカニカルチャックにはセ
ンタリング機能があるため、径変化（ｌ５）の量だけ爪
（ｌ４）は（ｌ６）で示したところまで動き、中心線（
１７）は爪（ｌ４）の場合も爪（１６）の場合も変化し
ない。したがって、部品（１０）は径変化（ｌ５）があ
っても部品（ｌ２）に組み込めるものである．比較のた
めに真空を利用したバキュームチャックで同じ部品（１
０）を部品（１２）に組み立てる場合を考える。第３図
はその断面図である．（ｌ８）は吸口であり吸口（ｌ８
）には、（ｌ９）で示した真空，穴があいている。この
真空穴（ｌ９）内部の空気をボンブ等により排気すると
、真空穴（ｌ９）内の気圧が大気圧以下にさがり、部品
（ｌ　Ｏ）に大気圧がかかっているので，真空穴（ｌ９
）内の気圧と大気圧の差圧分の力が部品（Ｉ　Ｏ）を吸
口（１８）におしつけ、部品（Ｉ　Ｏ）は把持される。 部品（ＩＯ）には径変化（ｌ５）があるので、吸口（１
８）の部品（１．０）のはまるくぼみ（ｌ８−ａ）の径
は径変化（１５）の最大のものよりやや大きくする必要
がある．くぼみ（１８−ａ）に径変化（１５）がもつと
も小さい部品（１０）がはまったとき、部品（ｌＯ）と
くぼみ（ｌ８−ａ）とのあいだに、径方向のすきまがで
きることは明白であり、第３図に図示したように、部品
（１　０）がくぼみ（１８−ａ）の径方向右側によって
吸着されることも十分ありうる。そのとき部品（１０）
の中心線（１７−ａ）は軸（１３）の中心ＦＡ（１７）
と径変化（ｌ５）の量はずれることとなる。このずれが
大きければ、部品（ＩＯ）が部品（ｌ２）に組み込めな
いことは明白である．実際の組立機で扱う部品では、部
品（１０）のように外径の大きくバラック部品は多く、
センタリング機能のあるメカニカルチャックの存在価値
は大きい。 【発明が解決しようとする課題〕 前述した三種類のメカニカルチャック、テーパカム型、
リンク型、ラックビニオン型にはいずれもセンタリング
機能を持っているが、精度の高いセンタリング精度を追
求すると難しい問題がおこる。その問題を第４図を使用
して説明する．第４図はメカニカルチャックの爪と把持
される部品の関係を示した断面図であり、　（２０）が
部品、（２ｌ）は部品（２０）より径の大きい部品、（
２２）は爪、（２３）は爪（２２）が部品（２ｌ）をつ
かんだときの位置、（２４）は部品（２０）の中心線、
（２５）は部品（２ｌ）の中心線である。部品は、部品
（２０）と部品（２ｌ）の間で径のバラツキがあり、メ
カニカルチャックには中心線（２４）と中心線（２５）
をほぼ一致させるセンタリング機能が要求されている．
具体的には、中心線（２４）に対して左右の爪が、線対
称に閉じればよい．つまり、部品を左右の爪がつかんだ
とき、左右の爪が中心線（２４）から等距離にあるとい
うことである．左右の爪が線対称に閉じない場合、部品
（２ｌ）をつかむときの爪（２３）の位置は、中心ａｌ
！（２４）より等距離にないので中心線（２５）と中心
線（２４）はずれてしまう。前記三種類のメカニカルチ
ャックには、センタリング機能があるのだから問題には
ならないように思われる．しかし、精度が高く、小さい
力でしか把持てきない微小部品の把持においては問題と
なる． テーバカム型メカニカルチャックでは、第６図の（ａ）
に示したテーバカム（９）のテーバ部で移動支点（１）
を左右に押しひろげ、爪（３）が閉じ部品を把持するの
で、正確なセンタリングをするにはテーバカム（９）の
テーバ部が、回転軸支点（２）から等距離で、かつ、方
向（７）に平行な線に対して正確に線対称であり、かつ
、テーパカム（９）の運動がその対称線に正確にそって
いる必要がある。テーパカム（９）のテーパ部が対称線
に対して線対称でない場合、左右の移動支点（１）の左
右への動作角度が等しくならず左右の爪（３）の閉じ量
も等しくならないからである。 また、テーパカム（９）を正確に加工できたとしても、
テーパカム（９）が方向（７）に正確にそって動かなけ
れば同じこととなる．第６図の（ｂ）のリンク型メカニ
カルチャックでは移動支点（１）がビンジョイントであ
り、かつ、方向（７）にそって運動する．この場合に、
移動支点（１）が回転軸支点（２）から等距離で方向（
７）に平行な線上で運動しなければ、爪（３）は線対称
で閉じないことは明白である．移動支点（１）にガタが
あっても爪（３）は線対称に閉じない．第６図の（ｃ）
の場合には、移動支点（１）が三ケ所に増えており、（
ｂ）より条件が悪い．第６図の（ｄ）（ｅ）のラックビ
ニオン型メカニカルチャックでは、かみあっている左右
の移動支点（１）のビニオンのピッチ円直径が精度よく
同じ径でなければならない．なぜならば、ピッチ円直径
が左右のビニオ．ンでちがえば、ラック（６）の移動量
に対して左右のレバー（８）のそれぞれの回転角がちが
ってくることは明白であるからである．テーパカム型と
リンク型のメカニカルチャックは、駆動動力（５）に連
結したテーパカム（９）と移動支点（　１．　）が回転
軸支点（２）と等距離で方向（７）に平行な線にそって
いかに正確に運動できるかが、精度のよいセンタリング
機能を確立するためのポイントとなる。テーバカム（９
）の加工とビンジョイントのガタは現在の機械加工の水
準からすると大きな問題とならないからである．テーバ
カム（９）と移動支点（１）を前記の線（対称線）にそ
って正確に運動させるためには、その運動を案内する機
構が必要となる。たとえば、ころがり直線案内軸受を採
用すればよいが、現在、一般に使用されるころがり直線
案内軸受は比較的大きく、そのためメカニカルチャック
全体も大きくなってしまい、レバー（８）が長く大きく
なることとなる．レバー（８）はそのため重くなり、把
持される部品が小さく、小さい力で把持しなければなら
ない場合、部品にレバー（８）の慣性が直接作用し、変
形・キズ等の不良の原因となってしまう．レバー（８）
の慣性を、無視できるほどの低速で開閉すれば、上記の
問題はなくなるが、生産性が悪化してしまう．ラックビ
ニオン型メカニカルチャックにおいては、左右のビニオ
ンの歯のモジュールを小さくし、歯数も少なくし、かつ
、左右のビニオンのピッチ円直径を精度よくそろえるこ
とにより全体を小さくまとめレバー（８）も小さく軽く
することが可能であるが、加工は極めて困鑓となる． 従来の技術によるメカニカルチャックの問題点をまとめ
ると、正確なセンタリングを追求すると把持するノノが
大きくな番ハそれをさけるため、レバーを小さくすると
加工が難しくなるということである。 【課題を解決するための手段１ 本発明は、前述した課題を解決するために、複数のレバ
ーを有するセンタリングチャックにおいて、それぞれの
レバーの外形部が、それぞれのレバーの回転中心まわり
の揺動運動の際に互いに前記回転中心より等距離のとこ
ろで接触していることを特徴とするセンタリングチャッ
クを提供するものである． 〔作用〕 複数のレバーとは、第６図のレバー（８）に相当し、回
転中心とは、第６図の回転軸支点（２）に相当する．第
５図は本発明の構成要素の側面図であり、（２６）は右
のレバー　（２７）は左のレバー　（２８）はレバー（
２６）の回転中心、（２９）はレバー（２７）の回転中
心、（３０）は把持される部品である．レバー（２６）
とレバ−（２７）の外形部（３３）と（３４）は、回転
中心（２８）と（２９）まわりにレバー（２６）とレバ
ー（２７）が揺動運動する際、回転中心（２８）と（２
９）から等距離の点で接触するので、その接触する点で
外形部（３３）と（３４）が相対的にすべることがなけ
れば、レバー（２６）の回転中心（２８）まわりの回転
角とレバー（２７）の回転中心（２９）まわりの回転角
が等しくなる．つまり、レバー（３ｌ）がレバー（２６
）の位置まで動いたときの角度と、レバー（３２）がレ
バー（２７）の位置まで動いたときの角度が等しくなる
． 〔実施例Ｊ 本発明の実施例を、第１図、第７図を使用して説明する
．第１図は、本発明の部分断面図であり、第ｌ図Ａ−Ａ
断面を矢印の方向からみたものが第７図である．レバー
（３５）とレバー（３６）は回転軸（３７）と回転軸（
３８）で揺動可能に支持され、回転軸（３７）と回転軸
（３８）はそれぞれ両端を共通のベース（３９）に固定
してある．ベース（３９）には取付用の穴（４ｌ）と（
４２）があいており、さらにピストン（４０）が２ヶは
まる穴（４３）とその穴（４３）に圧縮空気を供給する
穴（４２）があいている。バネ（５２）は、リングの一
部を切り欠いたリングバネで、レバー（３５）とレバー
（３６）が閉じる方向に力を加えている。レバー（３５
）とレバー（３６）の外形の一部を回転軸（３７）と回
転軸（３８）に同心な円弧形状にし、かつ、その円弧形
状の半径を回転軸（３７）と回転軸（３８）の中心間の
距離の半分よりほんのわずか大きく設定する．レバー（
３５）とレバー（３６）の外形部は回転軸（３７）と回
転軸（３８）よりほぼ等距離で接触し、１ｍ５図で示し
た状態となる。また、レバー（３５）とレバー（３６）
の外形部の半径の二倍したものは回転軸（３７）と回転
’Ｉｌｌ（３８）の中心間距離より大きいので、外形部
はほんの少しだけ変形し、その圧により互いにすべるこ
とはない．したがって作用のところで説明したように、
このメカニカルチャックには、センタリング機能がある
こととなる。ところが、レバー（３５）、　（３６）や
他の部品の加工誤差はさけられず、回転軸（３７）、（
３８）の中心間距離が固定では、レバー（３５）（３６
）の円弧形状の外形部が接触不良をおこして、すきまが
できたり、接触が強すぎたりする．すきまができてしま
えば、左右のレバー（３５）、（３６）は勝手に動いて
しまい、強く接触すると、レバー（３５）、　（３６）
の回転抵抗が非常に大きくなって、バネ（５２）をそれ
なりに強くしなければ、レバー（３５）、（３６）が閉
じなくなってしまう．バネ（５２）を強くすると、把持
される部品にそのバネのノノが作用することとなり、小
さい力で把持するという目的からはずれてしまう．そこ
で、レバー（３５）、（３６）の外形部の加工誤差を吸
収するため、回転軸（３７）、（３８）を固定するベー
ス（３９）に弾性をもたせる。具体的には、第１図に示
したベース（３９）を回転軸（３７）、　（３８）を固
定する側を自由端とした、板バネ状に加工する．このこ
とにより、レバー（３５）、　（３６）の外形部の加工
誤差は、回転軸（３７）、　（３８）の中心間距離の変
動として吸収できる。板バネの形状をほぼ左右対称にし
ておけば、中心間距離の変動もほぼ左右対称となるので
、センタリングに対する影響は非常に小さい。駆動動力
は、圧縮空気である。穴（４２）から圧縮空気を穴（４
３）に供給すると、ピストン（４０）に力が作用し、゛
ピストン（４０）は左右に動作し、それぞれのピストン
（４０）がレバー（３５）、　（３６）を左右に押す．
バネ（５２）の力をピストン（４０）の左右に押し出る
力より小さく設定しておくと、レバー（３５）、　（３
６）が左右に開く．圧縮空気の供給をとめると、バネ（
５２）がレバー（３５）、（３６）を閉じ、部品を把持
する． もうひとつの実施例を第８図を使用して説明する．第８
図は実施例の上面断面図である．この実施例の特徴は、
レバーが三つになっていることであり、従来のメカニカ
ルチャックでレバーを三つにすると構造が複雑になるも
のであるが、本実施例ではきわめて単純である．レバー
は（４４）、（４５）、（４６）の三つで、おのおのの
回転軸は（４７）、（４８）、（４９）である．各回転
軸の回転中心は（４７−ａ）、（４８−ａ）、（４９−
ａ）で、同一平面内にあり、互いに６０６の角をなして
いる．レバー（４４）、　（４５）、（４６）の回転中
心（４７−ａ）、（４８−ａ）、（４９−ａ）に垂直な
断面をとったとき、各断面が回転中心と同心の円弧状で
あり、かつ、第８図の断面図においてレバー外形部が円
弧状であるとする。つまり、回転中心を軸とする球面形
状である。おのおののレバーの外形部の球面形状の半径
を回転中心の形成する正三角形の一辺の長さの半分より
わずかに大きく設定すれば、レバーは互いに回転中心よ
り等距離のところで接触することができる．そこで、任
意に二つのレバーをとりだして第８図の図面垂直方向の
断面をみれば、ちょうど第１図のレバーの関係ができて
いるので、本実施例のメカニカルチャックはセンタリン
グ機能を有する．第９図に、第８図と同方向の爪の上面
断面図を示す．（５０）の爪が、（５ｌ）の爪の位置ま
で移動する′と、他の二つの爪は、爪（５０）と互いに
第１図のレバー（３５）、（３６）の関係にあるので、
同じ量移動する．九棒などのチャックとしては最適であ
る． 【発明の効果〕 本発明は以上のごとく構成されており、二つ実施例での
べたレバーは、現在の加工技術で非常に小さいものが作
れるので、メカニカルチャック全体はきわめて小型軽量
となる．その点でテーバカム型、リンク型のメカニカル
チャックより秀れている．さらにレバーの外形を円弧状
に加工することは、レバー外形部に歯形を創成するより
はるかに簡単であり、かつ、精度も高い．その点で、ラ
ックビニオン型メカニカルチャックより秀れている．ま
た、二つ目の実施例のように、三つのレバーにセンタリ
ング機能を持たせるには、本発明による方法が、もっと
も単純で小さく、他の三種類のメカニカルチャックをし
のいでいる．レバーは三つ以上であっても、原理的には
、動作に支障はないことも明白である．また、他の三種
類と同じくらいの大きさにした場合、センタリングはも
っとも正確であり、構成の単純さから、信頼性も良好で
ある．

【図面の簡単な説明】

第１図　部分断面図 （３５）・・・レバー　　（３６）・・・レバー（３７
）・・・回転軸　（３８）・・・回転軸（３９）・・・
ベース　（４０）・・・ピストン（４ｌ）・・・穴　（
４２）・・・穴　（５２）・・・バネ第２図　断面図 （１　０）・・・部品　（１ｌ）・・・穴　（ｌ２）・
・・部品（ｌ３）・・・軸　（ｌ４）・・・爪　（ｌ５
）・・・径変化（１６）・・・爪　（Ｉ７）・・・中心
線第３図　断面図 （ｌ８）・・・吸口　（１８−ａ）・・・くぼみ（ｌ９
）・・・真空穴　（１　０）・・・部品（１１）・・・
穴　（ｌ２）・・・部品　（１３）・・・軸（１７）・
・・中心線 第４ｒｇＪ　　断面図 （２０）・・・部品　（２Ｉ）・・・部品　（２２）・
・・爪（２３）・・・爪　（２４）・・・中心線（２５
）・・・中心線 第５図　側面図 （２６）・・・レバー　　（２７）・・・レバー（２８
）・・・回転中心　（２９）・・・回転中心（３０）・
・・部品　（３１）・・・レバー（３２）・・・レバー
　（３３）・・・外形部（３４）・・・外形部 第６図　メカニカルチャックの基本的モデル図（１）・
・・移動支点　（２）・・・回転軸支点（３）・・・フ
ィンガの爪の部分、部品の把持される点　（４）・・・
コイルバネ（引張り）（５）・・・駆動動力　（６）・
・・ラック（７）・・・把持時の駆動動力の出力ノブ向
（８）・・・レバー、リンク等　（９）・・・テーバカ
ム第７図　Ａ−Ａ断面図 （３５）・・・レバー　（３７）・・・回転軸（３９）
・・・ベース　（４ｌ）・・・穴　（４２）・・・穴（
４３）・・・穴 第８図　上面断面図 （４４）・・・レバー　　（４５）・・・レパー４６）
・・・レバー　（４７）・・・回転軸４８）・・・回転
軸　（４９）・・・回転軸４７−ａ）・・・回転中心 ４８−ａ）・・・回転中心 ４９−ａ）・・・回転中心 第９図　上面断面図 （５０）・・・爪　（５ｌ）・・・爪 第１図 第７図 第２図 第４図 第５図 第８図 第９図 ＜％　　　ｒ） い　（ノ も　　　θ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数のレバーを有するセンタリングチャックにおいて、
   それぞれのレバーの外形部が、それぞれのレバーの回転
   中心まわりの揺動運動の際に互いに前記回転中心より等
   距離のところで接触していることを特徴とするセンタリ
   ングチャック。